水利水电枢纽工程泄洪消能设计探究

水利水电枢纽工程泄洪消能设计探究

郝翔飞王洋常斌

陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001

摘要：近年来，我国水利水电枢纽工程事业发展迅速。为了确保水利水电枢纽工程施工的质量，前期需做好设计方面的工作，比如其泄洪消能设计便非常重要。本课题以水利水电枢纽工程泄洪消能设计的技术要点为切入点，进一步结合工程实例，对相关设计技术的具体应用进行分析研究，希望以此提高水利水电枢纽工程泄洪消能设计的整体质量。

关键词：水利水电；枢纽工程；泄洪消能设计

在水利水电枢纽工程中，其泄洪消能问题需充分考虑，尤其是在设计环节，需对其泄洪消能设计进行优化。而对于水利水电枢纽工程泄洪消能设计，需根据枢纽整体布置情况，并合理选择泄水建筑物及消能工等，进一步加强对下游河床及岸坡的保护等[1]。总之，要想提高水利水电枢纽工程的建设质量，便需要做好其泄洪消能设计工作。鉴于此，本课题围绕“水利水电枢纽工程泄洪消能设计”进行分析研究具备一定的价值和意义。

1.水利水电枢纽工程泄洪消能设计技术要点分析

水利水电枢纽工程泄洪消能的设计，是确保水利水电枢纽工程建设质量的有效举措。为了优化水利水电枢纽工程泄洪消能设计，便需要掌握必要的技术要点。将主要的技术要点总结如下：

1.1窄缝挑坎挑流消能技术要点

利用窄缝挑坎挑流消能技术，基于泄槽溢洪道和泄洪洞等末端位置，进行挑流消能工的建设。对于这种消能方法来说，在工程量上比较小，且工程造价能够得到有效降低，因此在高坝大流量泄洪建筑当中使用广泛[2]。以某水电站为例，基于建设过程中，右岸高低两孔岸边溢洪道使用了曲面贴角窄缝挑坎方案，其中出口单宽流量为760m3/（s?m）；同时，基于左岸中孔出口转21.6°后接窄缝挑坎，在出口单宽流量方面为640m3/（s?m）。该技术安全、高效，可确保单口宽度符合设计及后续施工要求，因此在水利水电枢纽工程泄洪消能设计过程中，合理科学地使用窄缝挑坎挑流消能技术非常重要。

1.2高拱坝泄洪消能技术要点

在水利枢纽工程当中，对于高拱坝来说，其泄量非常大，同时在泄洪总功率上也非常高。与此同时，基于狭窄河谷区域的水电站中，存在比较明显的泄洪消能问题以及抗冲问题等。结合以往的泄洪消能措施实施策略，可以通过分层出流、分区消能以及水流撞击的方式，达到泄洪消能的效果[3]。并且，还可以使用水垫塘型式泄洪消能处理方案，也就是合理科学地使用复式反拱断面底板，对河床基岩自然形成的形状，将底板进行反拱形状的制作，并通过力学特性的使用，使射流冲击荷载传递效应得到有效提升，使混凝土材料的性能优势得到最大化的展现，例如利用其抗压特性，使其局部及底板的整体稳定性得到有效提升。总之，高拱坝泄洪消能技术的应用非常重要。

2.案例分析

2.1案例概述

以某水利水电枢纽工程为例，作为拦河坝工程，为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高为140m，采取混凝土拱坝设计方案，经技术调查显示：入库洪峰流量夏季为5330m3/s，秋季为2760m3/s；并进行了消能防冲物的设计，其入库洪峰流量为3250m3/s。此外，从本工程的泄洪消能效果提升方面考虑，还有必要在优化泄洪建筑物设计的基础上，优化坝下消能设计。

2.2设计要点的把握

2.2.1泄洪建筑物设计要点

在泄洪建筑物设计过程中，需合理选取泄洪中心线及泄洪轴线，并合理布设表孔和中孔。具体设计要点如下：

（1）基于本工程泄洪建筑物设计过程中，需合理科学地选取泄洪中心线及泄洪轴线。根据下游地形的具体情况，朝拱坝中心线右岸偏转6.5°，也就是NW342.232°视为泄洪中心线。进一步利用水工模型试验进行验证，确保水舌入水宽度可于主河床内落下，避免岸坡受到冲刷的影响。在泄洪轴线选取过程中，由于它的半径会对泄水流落点造成一定程度的影响，主要表现为半径越小的情况下，下泄水流向心集中的现象越显著，易导致下游河床引发严重的冲刷问题。因此，根据大坝下游地形的实际情况，可把表孔堰顶视为泄洪轴线，将半径取300m，进一步完成水工试验验证，结果显示选取的泄洪轴线，可以保证入水在河床布满，并且可以避免岸坡被冲击等问题的发生。

（2）根据下游的地形及地质情况，充分遵循对水舌入水宽度合理控制的原则；基于平面部位，通过相间布置模式，把中孔分别设置于表孔的左墩下部、右墩下部，并与泄洪中心线保持对称关系，将溢流前缘宽度设置为大约58m。对于表孔堰顶，其高程设置为408m，孔口宽度设置为12m。为了消能效果充分达标，有必要使用挑角，或者使用俯角鼻坎，在表孔出口位置进行设置，确保表孔水舌能够基于纵向上分层实现有效入水，使下泄水流受到的冲刷作用得到有效降低[4]。此外，表孔堰顶部位，有必要进行弧形闸门的设置，如果未能进行检修闸门的设置，那么当枯水期水位降低至408米以下情况，需对工作闸门开展检修作业。对于孔出口，需进行弧形工作闸门的设置，其规格高为7m，宽为5m，从而使下游防洪调度的要求得到有效满足。此外，基于泄洪建筑物设计过程中，还有必要根据枢纽工程防洪调度情况，进一步完成调洪演算方面的工作，以此确保泄洪建筑物设计的优化及完善。

2.2.2坝下消能设计要点

在工程中，坝下消能设计是非常重要的一个环节。根据有利的消能区域水利的具体情况，基于高坝坝下消能防护设计过程中，采取天然水垫塘消能模式，其主要体现为护岸不护底。进一步利用水工试验进行验证，结果显示：基于消能工洪水工况的条件下，中孔控制下泄流量在700m3/s的条件下，中孔最大冲坑坑深为4m。此外，由于会受到一定程度的冲坑影响，在还有必要实施混凝土贴坡防护方案，使天然水垫塘消能的效果增强。

3.结语

综上所述，在水利水电枢纽工程泄洪消能设计过程中，需掌握必要的窄缝挑坎挑流消能技术及高拱坝泄洪消能技术，进一步根据水利水电枢纽工程的实际情况，在泄洪消能设计过程中，优化泄洪建筑物设计及优化坝下消能设计等，以此确保水利水电枢纽工程泄洪消能设计效果得到全面且有效的保障。

参考文献：

[1]李晓东.水利水电枢纽工程泄洪消能设计研究[J].科技创新导报,2018,15(24):11-13.

[2]颜家军,王智阳,王辉,王亮,周锐.黄金峡水利枢纽工程泄洪消能设计研究[J].水利水电技术,2017,48(08):40-43.

[3]吕常亮.分析水利水电枢纽工程泄洪消能设计[J].低碳世界,2017(20):35-36.

[4]沙世琨.水利枢纽孔板泄洪消能的研究[J].中国水运(下半月),2015,15(02):163-164.