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1、第36卷第1期人民长江Vol.36,No.12005年1月YangtzeRiverJan.,2005文章编号:1001-4179(2005)01-0018-03台阶式泄槽溢洪道设计方法综述陈丽红熊耀湘尹亚敏(云南农业大学水利水电与建筑学院,云南昆明650201)摘要:台阶式溢洪道因其显著的消能、掺气效果而倍受工程界的关注。在许多试验研究的基础上,提出了台阶式泄槽溢洪道泄槽及降低护坦式消力池的水力计算方法。台阶式溢洪道泄槽的设计主要包括泄槽倾斜角度、台阶高度和长度确定、泄槽边墙高度确定、台阶上的压强计算及防空蚀破坏措施的确定3部分。尽管台
2、阶式溢洪道受到世界各国水利界人士的强烈关注,并进行了大量的试验研究,但目前对于台阶式溢洪道的系统计算方法研究尚未看到报道,因此,对台阶式溢洪道系统计算方法的研究具有重要的现实意义。关键词:台阶式泄槽溢洪道;溢洪道设计;滑行水流;跌落水流中图分类号:TV651.1文献标识码:A表1台阶式溢洪道典型实例1概述坡度/坝高/最大单宽流量/台阶高度/名称台阶式溢洪道是将传统的光滑溢洪道的泄槽做成台阶式,()mm3(sm)-1m一方面这种溢洪道比光滑溢洪道易于施工,工期短,投资省;另上静水坝(美)726111.60.61一方面台阶能显著
3、增加溢洪道的消能率,可以减小下游消力池第聂坝(前苏联)8.75600.405[1]特兰斯白卡尔(前苏联)149.420的规模。所以目前台阶式溢洪道在国内外许多工程上应用,奥里维特斯(法)53.1366.60.6迄今,世界上已建成数十座台阶式溢洪道,在消能、掺气方面取斯托约德(挪威)11.30.124[2]得了许多研究成果。台阶式溢洪道在塘坝和跌水上的应用已拉格朗德坝(加拿大)3013416.1417.8有2500a的历史,现存最早的台阶式溢洪道建于公元100年的特里(印度)15211.91150~58突尼斯赖因坝。20世纪
4、60年代末,台阶式溢洪道开始在中、小型工程中应用,70年代,俄罗斯率先建成台阶式泄槽土坝溢洪(hc为溢洪道泄槽进口处临界水深,t为台阶高度),以及泄槽倾道,80年代,继第1座碾压混凝土(RCC)台阶式溢洪道美国的斜角度分成3类。即滑行水流、过渡水流和跌落水流,见图1。上静水坝建成之后,世界上已先后建成20多座,其不仅广泛应当水流流过台阶表面时,各台阶内全部被水充填,没有空腔存用于重力坝,在低的过水土坝上也应用较多,典型实例如表1所在,并在各台阶隅角和主流之间形成一个横轴旋涡,靠近主流处示。我国是从20世纪90年代开始研究并建成台阶式溢洪道旋涡旋转方
5、向和主流流动方向一致,这种水流称为滑行水流,见的,如1994年福建省率先在国内建成了最大坝高57m、设计流3图2(a);在滑行水流流态下,水流掠过台阶,通过与滞留在台阶量为6010m/s的水洞台阶式溢洪道,台阶高90cm,坡比上的回流水体间强烈的紊动动量交换而减速,由于增强的紊动10.65,1994年工程刚建成,同年5月即遇到一场100a一遇的3作用,也加强了水流的自掺气强度,处于滑行水流和跌落水流之大洪水,单宽流量达90m/(sm),泄洪期间消力池下游河道水流流态平稳,消能效果良好。又如云南大朝山水电站溢流坝(坝间,在一些台阶内总是有类似跌落水流
6、的三角形空腔形成,而在高111m)在高水头、大单宽流量下(q3另一台阶内总是有类似滑行水流的横轴旋涡形成,并且这两种max=193m/(sm))采用台阶式泄槽(坝坡10.7,台阶高1m)和宽尾墩综合消能的研究形态沿台阶向下游交替存在于台阶表面与主流之间,定义为过获得了可喜成果并已应用于工程实际中。渡水流,见图2(b);在各台阶隅角与主流之间总是有一个近似尽管台阶式溢洪道受到世界各国水利界人士的强烈关注,三角形空腔存在,空腔下为一近似梯形的静水池,流股出现较大并进行了大量的试验研究,但目前对于台阶式溢洪道的系统计弯曲,称为跌落水流,见图2(c)。在流
7、量较小,水深不大的情况算方法研究尚未看到报道,因此,对台阶式溢洪道系统计算方法下将出现跌落水流,其特征是一系列自由下落的射流跌落到下[3]的研究具有重要的现实意义。本文就此进行了综述。一台阶,并伴有完全或部分发育的水跃。通过分析研究,流态的形成与台阶的形状、尺寸及台阶上的2台阶式溢洪道的水流流态水深有关,埃塞里和霍尔对30级台阶的模型进行了分析,结果台阶式泄槽溢洪道的水流流态根据其相对临界水深hc/t表明:当hc/t增大到0.8时开始出现滑行水流;但Chanson重新收稿日期:2004-06-10作者简介:陈丽红,女,云南农业大学水利水电与建筑学院,
8、讲师。第1期陈丽红等:台阶式泄槽溢洪道设计方法综述19分析其数据后认为:对于坡度在11~52
