结合糯扎渡水电站溢洪道模型试验探讨
坎槽式掺气减蚀工程措施一般规律
张天刚1 杨再宏1 高学平2
(1.国家电力公司昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650051； 2.天津大学，天津 300072)
摘要： 文章结合糯扎渡水电站的溢洪道掺气减蚀措施研究探讨了坎槽式掺气减蚀工程措施的一般规律，对类似的工程具有参考价值。
关键词: 糯扎渡水电站；溢洪道；坎槽式掺气减蚀；负压；空腔；淹没程度；

1 前言
目前，国家正在实施“西部大开发”战略，地处西南边陲的云南省有着得天独厚的水电资源。由于河道天然落差大，在云南水电开发中必然要碰到高速水流的掺气减蚀、泄洪消能等问题。掺气减蚀工程措施的成功与否直接关系着枢纽工程泄洪消能建筑物设计的成功与否，换言之，泄洪消能建筑物的掺气减蚀工程措施至关重要。
本文结合云南省澜沧江糯扎渡水电站左岸开敞式溢洪道掺气减蚀工程措施的研究对坎槽式掺气槽的一般规律作一点浅显的探讨。
糯扎渡水电站位于云南省澜沧江上，是澜沧江中下游梯级规划二库八级电站的第五级，也是梯级中的两大水库之一，水库总库容约237×108m3 ，电站装机容量约5850MW。糯扎渡水电站左岸为开敞式溢洪道，泄槽水平长850m，设两个底坡：桩号0+50.810~0+178.000，底坡 =0.1332；桩号0+178.000~0+820.000，底坡 =0.23。泄槽总宽151.5m，用隔墙分为左、中、右三槽，左槽宽54.75m，中槽宽45.40m，右槽宽45.40m。溢洪道最大泄量为31673m3/s，相应泄洪水头181.5m，最大流速达53m/s，泄洪功率巨大，居国内同类工程岸边溢洪道之首。
在设计过程中进行分别进行了溢洪道整体水工模型试验和坎槽式掺气减蚀措施的断面模型。
2 已有的工程设计经验
根据有关资料，溢洪道中掺气减蚀设施以坎槽组合式为较好，挑坎可以把水流挑射出去，对空腔的形成比较有利，而掺气槽对进气有利，掺气比较充分。
空腔负压决定掺气量的多少，空腔负压较小时，掺气不充分，掺气效果不好。但并非空腔负压越大越好，空腔负压较大时，会使掺气大量溢出，同时造成边墙水翅过大，再则，空腔负压过大，空腔被压缩，水舌不稳，掺气量也会减少。造成空腔负压过大的原因，一则是因为水流流速、坎高的原因，二则是因为通气不畅。因此，一个良好的掺气坎槽要有足够的空腔长度，一定的空腔负压和充分的通气量。
工程上一般以空腔负压-0.53 ~ -1.0m水柱作为设计依据。
3 分析研究成果
3.1空腔负压与坎高的一般规律
结合糯扎渡水电站溢洪道的工程布置形式，即两个底坡： =0.1332过渡到 =0.23，中间用涡曲曲线平滑连接，在研究中分别研究了流速为25m/s、30m/s、35m/s、40m/s、42m/s时的空腔负压的关系，得出如下规律：
1）相同坎高，单宽流量小，则空腔负压大；
见表1（流速25m/s）中，序号1与序号3、序号4与序号5；表2（流速30m/s）中序号3与序号7；表3（流速35m/s）中序号1与序号3、序号4与序号6。上述数据均很好的反应了坎高相同，当单款流量小时，空腔负压偏大的规律性。
2）单宽流量相同或者接近，坎高较大，则空腔负压较大。
见表表1（流速25m/s）中，序号2与序号4；表2（流速30m/s）中序号2与序号3、序号6与序号7；表3（流速35m/s）中序号1与序号4。从表中数据可看到，上述规律反映的比较好。
当然上述规律为本次研究所显示的一般规律，空腔负压的大小不单取决于坎高还与来流流速、单宽流量、坎面坡度等因素有关。表2（流速30m/s）中，由序号1与7比较，单宽流量相同，坎面坡度较陡，虽然坎低，空腔负压则不小。表4（流速为40m/s和流速为42m/s）中的实验数据与前面数据相比，其坎高已不小，但空腔负压不大，是因为流量大、坎面坡度缓的缘故，空腔负压也在一般设计范围（-0.53 ~ -1.0m水柱）。
3.2 实验数据资料
表1 坎高与空腔负压的关系（模拟流速25m/s）
序号 单宽流量(m3/s.m) 流速
(m/s) 坎高
△（m） 坎面坡度
m 空腔负压(m) 空腔
状况
1 61.75 25 0.99 5.0 -0.67 好
2 91.25 25 1.10 6.67 -0.64 好
3 65.5 25 0.98 6.67 -0.56 好
4 94.5 25 0.59 6.25 -0.42
5 68.75 25 0.54 6.25 -0.56 好
表2 坎高与空腔负压的关系（模拟流速30m/s）
序号 单宽流量(m3/s.m) 流速
(m/s) 坎高
△（m） 坎面坡度
m 空腔负压(m) 空腔状况
1 106.5 30 0.71 5 -0.96 好
2 157.8 30 1.56 6.67 -0.93 好
3 113.1 30 1.41 6.67 -0.80 好
4 118.0 30 0.78 6.25 -0.86 好
5 163.5 30 0.85 6.25 -0.61 好
6 134.0 30 0.68 12.5 -0.92 好
7 106.5 30 1.42 12.5 -0.96 好
表3 坎高与空腔负压的关系（模拟流速35m/s）
序号 单宽流量(m3/s.m) 流速
(m/s) 坎高
△（m） 坎面坡度
m 空腔负压
(m) 空腔
状况
1 169.0 35 1.93 5.0 -1.30
2 187.0 35 1.06 6.25 -1.10
3 179.5 35 1.92 6.67 -1.