台阶坝面与底流消能在中小水利工程中的应用

1、1侯冬梅 2009.9.32汇报提纲汇报提纲国内外研究现状国内外研究现状工程及模型概况工程及模型概况试验成果试验成果主要结论主要结论3国内外研究现状国内外研究现状台阶坝面的应用台阶坝面的应用台阶坝面消能机理研究台阶坝面消能机理研究影响台阶坝面消能率因素及规律研究影响台阶坝面消能率因素及规律研究台阶坝面空化空蚀特性研究台阶坝面空化空蚀特性研究台阶坝面与宽尾墩联合消能台阶坝面与宽尾墩联合消能台阶坝面流况台阶坝面流况 4工程概况工程概况为解决三峡工程145m175m水位间水库消落区的泥沙淤积和污染物、水面漂浮物滞留等生态环境问题进行了朱衣河胡家坝整治工程建设，主要包括朱衣河渠道工程、干溪沟渠道工程、

2、消落区回填与开挖工程、库岸整治工程和沉沙池工程等。 5工程设计流量设计流量(m(m3 3/s)/s)单宽流量单宽流量(m(m2 2/s)/s)坝高坝高(m)(m)下游水位下游水位(m)(m)坝面坝面坡度坡度消能方式消能方式朱衣河64612.912.930301451751:3台阶坝面+消力坎干溪沟23815.915.930301451751:3光滑坝面+消力坎泄水建筑物泄水建筑物6模型概况模型概况 三峡库区朱衣河胡家坝消落区整治工程三峡库区朱衣河胡家坝消落区整治工程1:501:50整体模型整体模型7试验成果试验成果 通过水工模型试验研究，从坝面流态坝面流态、时均压力时均压力特性、坝面消能率坝面

3、消能率及消力池消能消力池消能效果效果、池后流速池后流速等水力参数分析台阶坝面、消力池的消能效果，研究台阶坝面消能的影响因素及提高消能率的措施，分析台阶坝面与消力池联合消能效果。8坝面消能试验成果坝面消能试验成果 朱衣河泄槽朱衣河泄槽台阶坝面泄流流态干溪沟泄槽干溪沟泄槽台阶坝面泄流流态9 由表面流态观测到台阶坝面自第由表面流态观测到台阶坝面自第1010级台阶开始有明显的级台阶开始有明显的漩漩涡涡及及掺气掺气现象。现象。 台阶坝面时均压力沿程递减，均台阶坝面时均压力沿程递减，均未出现负压未出现负压，相邻位置的，相邻位置的水平面压力大于竖直面压力。水平面压力大于竖直面压力。 根据台阶坝面水深、压力资

4、料估算根据台阶坝面水深、压力资料估算水流空化数水流空化数，在第，在第1818级级台阶台阶( ( 154m) 154m)以上坝面的空化数均大于以上坝面的空化数均大于1.01.0，可推断台阶，可推断台阶坝面应坝面应无空蚀之忧无空蚀之忧。 估算干溪沟光滑坝面的泄槽末端估算干溪沟光滑坝面的泄槽末端144m144m处的水流空化数处的水流空化数约为约为0.40.4，处于临界空化状态，且未见明显掺气现象，其，处于临界空化状态，且未见明显掺气现象，其空化特性明显空化特性明显差于台阶坝面差于台阶坝面。坝面流态、压力特性坝面流态、压力特性 10坝面消能率坝面消能率11 台阶坝面消能率达到台阶坝面消能率达到63%6

5、3%78%78%，较光滑式坝面提高了，较光滑式坝面提高了50%50%以上；以上； 坝面消能率随着坝面消能率随着单宽流量单宽流量降低而提高，随着降低而提高，随着坡度坡度变缓略有增变缓略有增加。加。12台阶尺寸优化研究台阶尺寸优化研究 增加台阶步高增加台阶步高或或增设台阶凸坎增设台阶凸坎对提高台阶坝面消对提高台阶坝面消能率效果不明显。能率效果不明显。13 台阶坝面消能率较高，达台阶坝面消能率较高，达6378%6378%，坝面水，坝面水流特性良好，掺气充分，流特性良好，掺气充分，台阶尺寸基本合理台阶尺寸基本合理。14底流消力池试验成果底流消力池试验成果 15 消力坎消能工不适应于朱衣河、干溪沟工程消

6、力坎消能工不适应于朱衣河、干溪沟工程低下低下游水深游水深（h ht t=3m=3m）运用条件，需采用下挖式消力）运用条件，需采用下挖式消力池或综合式消力池消能工。池或综合式消力池消能工。 消力坎试验研究16底流消能水力计算注：台阶坝面消能率中含括光滑坝面消能率13%17 由消力池内和池后流速流态判断，下挖消下挖消力池力池方案的消能效果优于消力坎消力坎方案。消力池试验研究18推荐下游消能设施方案消力池流态推荐下游消能设施方案消力池流态朱衣河泄槽（d=3m，l=35m）干溪沟泄槽（d=4m，l=40m）19推荐方案泄槽形式及下游消能设施剖面图推荐方案泄槽形式及下游消能设施剖面图 20结语结语p通过模型试验验证台阶坝面尺寸设计合理，消能率较高，节省了消力池工程量节省了消力池工程量40%40%左左右右；p通过水力计算和物理模型试验研究推荐的台阶式溢洪道与底流消力池联合消能台阶