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1、第7卷第2期中国水利水电科学研究院学报Vol17No122009年6月JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearchJune,2009文章编号:167223031(2009)0220089207我国高坝泄洪消能研究的最新进展孙双科(中国水利水电科学研究院水力学研究所,北京100038)摘要:近些年来,我国一直处于水电开发与建设的高峰期,大量的实际需求促进了高坝泄洪消能技术的发展与进步。本文分4个方面总结了近年来我国在高坝泄洪消能研究方面的最新进展情况:(1)高拱
2、坝坝身泄洪消能;(2)高水头大流量底流消能;(3)高水头大流量溢洪道与泄洪洞的水力学问题;(4)泄洪雾化问题。在总结已有研究成果的基础上,对高坝泄洪消能技术的进一步发展,以及与之相应的环境问题及安全运行管理等提出了若干建议。关键词:高坝;泄洪消能;底流消能;溢洪道;泄洪洞;泄洪雾化中图分类号:TV68文献标识码:A1研究背景目前世界水能资源开发的重点在亚洲,而亚洲的重点在中国。统计数据显示,2005年世界上各大洲在建水电工程的总装机容量,南美洲占1310%,非洲占314%,欧美发达国家约占513%,而亚洲则占7813%。在亚洲诸国中,
3、我国的水能开发高居首位,以2005年在建的60m高以上大坝为例,我国为117座,远远高于日本的43座、印度的16座。我国的水能资源得天独厚,位居世界第一,其中水电的理论蕴藏容量为6194亿kW,技术可开发容量为5142亿kW,年发电量为2147万亿kW·h。进入21世纪以来,随着我国能源发展战略的实施和电力体制改革中市场竞争机制的成功引入,大量社会资本涌向水电,我国水电开发开始进入快速发展期,至2004年8月,水电装机已突破1亿kW。根据电力发展规划与“西电东送”的战略目标,到2010年、2020年,我国常规水电装机容量将分别达到11
4、94亿kW、3128亿kW。近年来,我国正在和即将建设三峡、小湾、溪洛渡、向家坝、白鹤滩、锦屏、双江口等一批战略性工程,其规模巨大,工程与社会条件都十分复杂,技术难度很高。来自工程实践方面的技术需求,大大促进了我国高坝泄洪消能技术的发展。从水力学角度看,我国高坝建设普遍存在高水头、大流量、窄河谷的技术特点,而且对于许多大型水电站而言,上述难点往往同时存在,对高坝泄洪消能技术研究提出了很高的要求。近10余年来,我国学者通过不懈努力与大量创造性工作,在高坝泄洪消能技术研究方面取得了许多突破性进展。本文分4个方面扼要总结了近年来我国在高坝泄
5、洪消能技术方面的最新进展情况:(1)高拱坝坝身泄洪消能;(2)高水头大流量底流消能;(3)高水头大流量溢洪道或泄洪洞的水力学问题;(4)泄洪雾化问题。在总结已有研究成果的基础上,对高坝泄洪消能技术的进一步发展,以及与之相应的环境问题与安全运行管理等问题提出了展望和建议。2高拱坝坝身泄洪消能从国内外现状看,高拱坝已成为大型水电站的主选坝型之一。我国目前在建与待建的一批大型水电站,如小湾、溪洛渡、锦屏、白鹤滩、构皮滩、乌东德等,都采用了高拱坝布置方式。收稿日期:2009205201作者简介:孙双科(1966-),河南南阳人,教授级高级工程
6、师,主要从事水力学研究。E2mail:sunsk@iwhr.com—249—我国高坝泄洪消能研究的最新进展孙双科我国的高拱坝工程,因“窄河谷、高水头、大泄量”泄洪消能问题突出,在泄水建筑物布置上大多采用坝身开孔泄洪与岸边溢洪道或泄洪洞分流的总体布置构架。1998年我国建成的二滩水电站是一座具3有里程碑意义的高拱坝工程,其最大坝高242100m,最大下泄流量23900mPs,其中坝身泄量为163003mPs,上述技术指标在国内外已建的同类工程中位居前列。为解决坝身泄洪消能的技术难题,通过大量的技术论证与科学研究,最终采用了“坝身表孔与深
7、孔双层泄水孔口布置、下游设水垫塘与二道坝、通过水舌碰撞促进消能、并辅以岸边泄洪洞泄洪”的泄水建筑物布置格局与消能模式,建成后经数年实际泄洪考验,表明是成功的。在此之后的高拱坝工程,大都沿用了上述“二滩模式”。近年来,随着科研与设计水平的不断提高,高拱坝坝身泄洪规模在二滩水电站基础上又有了大幅提3高,如溪洛渡与白鹤滩水电站的坝身最大泄量均已达到30000mPs的世界级水平,坝身泄洪功率也在二滩水电站26560MW的基础上增大了1倍以上,见表1。对于高拱坝坝身泄洪消能的“二滩模式”而言,溢流表孔出口鼻坎的布置至关重要,为有效控制水垫塘底板
8、最大冲击压强(一般要求不大于15×918kPa),目前较多采用出射角度不等的大差动布置型式,通过分散挑流水舌的入水能量,达到降低水垫塘底板冲击压强的目的,而采用溢流前缘为舌形的出口鼻坎以及在出口鼻坎上增设分流齿坎也是行之
