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挑流消能

/trajectory bucket energy dissipator/
条目作者林继镛撰王英奎、廖仁强修订
条目作者林继镛撰

林继镛撰

王英奎、廖仁强修订

王英奎、廖仁强修订

最后更新 2022-01-20
浏览 243
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利用泄水建筑物出口部位的挑流鼻坎,将下泄的水流抛向空中,在空中掺入大量空气,形成逐渐扩散的水舌,然后在距建筑物较远处落入下游水垫,并在水垫中继续紊动扩散消能的消能方式。

英文名称
trajectory bucket energy dissipator
所属学科
水利工程

挑流消能(图1)能耗大体分3部分:急流沿固体边界的摩擦消能;射流在空中与空气摩擦、掺气、扩散消能;射流落入下游尾水中淹没紊动扩散消能。挑流消能通过鼻坎可在挑流范围内有效地控制射流落入下游河床的位置、范围及流量分布,对尾水变幅适应性强,结构简单,施工、维修方便。但其下游冲刷较严重,堆积物较多,尾水波动与雾化都较大。挑流消能应用较广,适于中、高水头,大、中、小流量的各类泄水建筑物。

图1 挑流消能图1 挑流消能

为达到较好的消能效果并减轻下游冲刷,挑流消能设计的主要内容有:选择鼻坎形式,确定鼻坎高程、反弧半径、挑角,计算挑距和下游冲刷坑深度等。鼻坎形式很多,常用的有连续式鼻坎、差动式鼻坎,还有扭曲鼻坎、斜切鼻坎、扩散式鼻坎和窄缝式鼻坎等(图2)。鼻坎可以多层设置,使水流横向扩散、纵向分层落入河中;也可以布置成使两股水舌在空中互相碰撞消能的对冲式(上下对冲式和两侧对冲式)。挑流鼻坎的高程、反弧半径、挑角等需要根据建筑物布置、工程结构、水力条件及下游冲刷情况等综合确定。下游河道冲刷坑深度与范围是研究冲刷对建筑物和河岸稳定影响的依据,与射流的单宽流量、落差、岩基构造和特性以及水力因素有关。当坝址处下游尾水较浅,地质条件不好时,宜采用壅水措施增加水垫深度,如在冲刷坑下游修二道坝;地质条件差冲刷坑可能很深,需修建防冲护坦。当拱坝采用挑流或跌流泄洪时,因射流落点离坝址较近,常在紧接坝址处修一段护坦形成水垫消能塘,并要避免射流直接冲击岸坡及强烈的回流淘刷。当岸坡地质差而回流流速大时,须考虑加做护岸与护坡工程。冲坑下游堆积物多,要注意避免影响电站出力或通航。对鼻坎尤其是对差动式鼻坎,要注意防范可能的空蚀破坏。挑流泄洪雾化大,要考虑对岸坡、附近建筑物及设施产生的不利影响。

图2 鼻坎形式图2 鼻坎形式


挑流消能在高、中水头泄水建筑物中应用广泛。成功应用挑流消能的有吉尔吉斯斯坦的托克托古尔水电站、俄罗斯的布拉茨克水电站,以及中国的三峡水电站(图3)、水布垭水电站、二滩水电站、隔河岩水电站、丹江口水电站、乌江渡水电站等。

图3 三峡水电站泄洪图3 三峡水电站泄洪

  • 杨启贵,廖仁强,向光红.水布垭水电站泄洪消能设计创新与实践.人民长江,2010,41(6):1-3+7.

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