水 力 学 与 水 利 信 息 学 进 展 2009 导 流 洞 改 建 为 泄 洪 洞 洞 外 式 消 能 洞 内 式 消 能 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 喇 叭 口 进 水 口 + 竖 井 式 泄 洪 洞 孔 板 / 洞 塞 消 能 泄 洪 旋 流 消 能 泄 洪 洞 按 消 能 方 式 分 类 结 构 形 式 图 1 导 流 洞 改 建 为 永 久 泄 洪 洞 的 类 型 及 消 能 方 式 分 类 2.1 洞 外 式 消 能 根 据 图 1 的 消 能 方 式 的 分 类 , 早 期 的 导 流 洞 利 用 主 要 是 采 用 洞 外 消 能 方 式 , 从 纵 剖 面 的 结 构 形 式 看 , 形 成 的 泄 洪 洞 主 要 为 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 或 喇 叭 口 进 水 口 + 竖 井 / 斜 井 式 泄 洪 洞 。 前 者 的 主 要 代 表 性 工 程 为 加 拿 大 麦 卡 堆 石 坝 导 流 洞 改 建 成 的 底 孔 泄 洪 洞 i 、 中 国 的 刘 家 峡 的 导 流 洞 改 建 成 底 孔 泄 洪 洞 ii , 进 水 口 采 用 一 短 有 压 段 , 通 常 采 用 一 个 渥 奇 段 和 一 反 弧 段 将 高 位 洞 和 原 导 流 洞 衔 接 起 来 , 出 口 多 采 用 挑 流 消 能 , 也 有 采 用 底 流 消 能 的 。 由 于 导 流 洞 断 面 通 常 比 较 大 , 这 种 泄 洪 洞 通 常 具 有 较 大 的 泄 流 能 力 , 也 是 20 世 纪 中 、 后 期 国 内 外 广 泛 采 用 的 一 种 方 式 。 与 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 的 不 同 , 喇 叭 口 进 水 口 + 竖 井 / 斜 井 式 泄 洪 洞 主 要 是 进 水 口 的 形 式 不 同 , 这 种 结 构 形 式 通 常 要 建 一 座 很 大 的 喇 叭 口 式 进 水 口 , 如 果 要 采 用 闸 门 控 制 , 则 金 属 结 构 和 启 闭 机 比 较 复 杂 , 在 实 际 工 程 中 采 用 的 不 多 。 2.2 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 水 力 学 特 性 导 流 洞 改 建 成 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 的 主 要 水 力 学 特 性 :1) 渥 奇 段 末 端 压 力 低 ;2) 下 游 反 弧 段 末 段 位 于 高 速 水 流 区 , 易 产 生 空 化 空 蚀 破 坏 , 刘 家 峡 底 孔 泄 洪 洞 发 生 的 空 化 空 蚀 破 坏 就 是 一 个 典 型 案 例 ;3) 下 游 平 洞 段 流 速 比 较 高 , 改 建 利 用 的 导 流 洞 的 设 计 需 要 考 虑 高 速 水 流 作 用 及 空 化 空 蚀 破 坏 。 为 了 克 服 这 一 问 题 , 从 20 世 纪 中 期 开 始 , 国 际 上 通 过 开 展 掺 气 设 施 的 研 究 , 包 括 在 常 规 龙 抬 头 式 泄 洪 洞 的 应 用 研 究 , 较 好 地 解 决 了 空 化 空 蚀 的 问 题 。 刘 家 峡 底 孔 泄 洪 洞 在 修 复 工 作 中 增 加 的 掺 气 设 施 。 当 泄 洪 水 头 比 较 大 , 反 弧 末 段 流 速 超 过 35~40 m/s 时 , 泄 洪 时 由 于 水 流 紊 动 强 烈 , 对 底 板 产 生 强 大 的 水 动 力 , 一 旦 通 过 施 工 缝 进 入 底 板 , 将 会 对 底 板 产 生 严 重 的 破 坏 。 出 口 如 采 用 挑 流 消 能 , 巨 大 的 能 量 需 要 在 下 游 河 道 内 的 水 体 内 消 刹 , 将 会 对 下 游 河 床 产 生 冲 刷 , 巨 大 的 挑 射 水 流 还 会 在 下 游 消 能 区 产 生 严 重 的 雾 化 , 对 交 通 和 周 围 环 境 都 将 造 成 不 同 程 度 的 影 响 。 2.3 洞 内 式 消 能 2.3.1 旋 流 竖 井 式 泄 洪 洞 旋 流 消 能 工 最 早 是 在 市 政 的 排 污 工 程 中 得 到 应 用 , 但 在 水 利 水 电 工 程 导 流 洞 改 建 为 泄 洪 洞 中 的 应 用 是 在 20 世 纪 下 半 叶 。 268
第 二 部 分 工 程 水 力 学 通 过 建 设 一 条 上 平 洞 、 旋 流 涡 室 和 竖 井 与 下 游 原 导 流 洞 衔 接 , 形 成 旋 流 竖 井 式 泄 洪 洞 , 在 洞 内 完 成 消 能 。 这 种 布 置 方 式 最 大 的 优 点 是 进 水 口 位 置 的 选 择 灵 活 , 不 受 地 形 条 件 的 限 制 , 上 游 衔 接 段 可 以 比 较 短 (
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