跌差和跌水寬度對(duì)跌坎式底流消能工影響的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

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·水利工程·

跌差和跌水寬度對(duì)跌坎式底流消能工影響的研究

龐 牧 華

(安徽省水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000)

以消力池長(zhǎng)度和消能效率為研究對(duì)象，通過(guò)計(jì)算跌坎式底流消能工在不同跌差和不同跌水寬度條件下的消力池長(zhǎng)度和消能效率，分析得到了長(zhǎng)度和消能效率的變化規(guī)律，為跌水優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

跌水，跌坎式底流消能工，消能效率，消力池長(zhǎng)度

跌坎式底流消能工是以常規(guī)的底流消能工原理為基礎(chǔ)的一種消能方式。相比底流消能，跌坎式底流消能更具有優(yōu)勢(shì)[1]，這種消能方式既不會(huì)產(chǎn)生大的霧化，又可以消除下泄水流的大部分能量[2]，且能保證底流消能流態(tài)和較高的消能效率[3]。跌水是利用跌坎式底流消能的常見(jiàn)落差建筑物，廣泛應(yīng)用于我國(guó)丘陵地區(qū)。本文結(jié)合某丘陵地區(qū)水庫(kù)跌水設(shè)計(jì)，計(jì)算分析不同跌差和不同跌水寬度對(duì)跌坎式底流消能工的影響。

1 工程背景

某丘陵區(qū)水庫(kù)跌水，消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，泄量3.64 m3/s，設(shè)計(jì)跌水?dāng)嗝鏋榫匦涡褪剑唔斔?.5 m。

2 水力計(jì)算

1)計(jì)算條件的確定。跌坎式底流消能工消力池的水力計(jì)算，決定于下泄流量、堰頂水深及跌差等因素，本文在下泄流量及堰頂水深已定的前提下，分別選取0.5 m，1.0 m，1.5 m，2.0 m，2.5 m，3.0 m這6種跌差值和1 m，2 m，3 m，4 m這4種跌水橫斷面凈寬度為設(shè)計(jì)條件，計(jì)算分析不同跌差值、不同寬度值對(duì)消力池長(zhǎng)度及消能效率的影響。

2)計(jì)算結(jié)果。根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]和參考文獻(xiàn)[5]中，消力池長(zhǎng)度及消能效率計(jì)算公式，對(duì)不同跌差條件下所需下游消力池的長(zhǎng)度及池內(nèi)水躍消能效率進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果如表1，表2，圖1～圖4所示。

表1 跌水寬度為1 m，2 m時(shí)不同跌差條件下消力池長(zhǎng)度及消能效率成果表

比較分析不同跌差條件下的消力池長(zhǎng)度可知，相同跌水凈寬度，跌差值越大所需消力池長(zhǎng)度越大，消能效率越大；相同跌差條件下，跌水凈寬度越大所需消力池長(zhǎng)度越小，消能效率越大；隨著跌差增大，消力池長(zhǎng)度和消能效率增大量逐漸減小，即相同跌水凈寬度時(shí)，消力池長(zhǎng)度和消能效率均隨跌差增大，呈拋物線型式變化。

相同跌水凈寬度條件，通過(guò)調(diào)整跌差值，消力池長(zhǎng)度變化量不超過(guò)1 m，消能效率變化量不超過(guò)10%；相同跌差條件，通過(guò)調(diào)整跌水凈寬度，消力池長(zhǎng)度變化量不超過(guò)1 m，消能效率變化量不超過(guò)16%。

表2 跌水寬度為3 m，4 m時(shí)不同跌差條件下消力池長(zhǎng)度及消能效率成果表

3 結(jié)語(yǔ)

跌坎式底流消能中跌水寬度、跌差對(duì)消力池長(zhǎng)度和消能效率均能產(chǎn)生影響。采用跌坎式底流消能型式的跌水設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)充分比較不同跌水寬度及跌差條件下所需消力池長(zhǎng)度及消能效率，比選出滿足經(jīng)濟(jì)和運(yùn)行要求的最佳設(shè)計(jì)方案。

[1] 孫雙科.我國(guó)高壩泄洪消能研究的最新進(jìn)展[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009，7(2)：89-95.

[2] 張功育，湯 健，王海軍.跌坎式底流消能工的消能機(jī)理分析與研究[J].南水北調(diào)與水利科技，2005，3(6)：43-45.

[3] 王海軍，趙 偉，楊紅宣.坎深和入池角度對(duì)跌坎型底流消能工水力特性影響的試驗(yàn)研究[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2007，32(5)：87-90.

[4] 劉韓生，花立峰.陡坡與跌水[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

[5] 江西省水利科學(xué)研究所.無(wú)閘控制跌水水力設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1981.

Research of falling-sill bottom-flow dissipation on the effection of drop-step’s depth and drop’s width

Pang Muhua

(Anhui&HuaiheRiverInstituteofHydraulicResearch，Bengbu233000，China)

The article studied on the stilling basin’s length and energy dissipation， through compute the length and energy dissipation in different drop-step’s depth and spillway’s width， found the change law of length and energy dissipation， the result obtained herein can provide references for optimization design.

drop， falling-sill bottom-flow dissipation， energy dissipation， stilling basin’s length

1009-6825(2016)32-0222-02

2016-09-08

龐牧華(1985- )，男，助理工程師

TV697

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