溢洪道消能型式及防沖加固措施

張施騰，王 磊

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽110166)

1 溢洪道主要消能型式

溢洪道消能防沖設施的型式應根據(jù)地形、地質(zhì)條件，泄流條件，運行方式，下游水深及河床抗沖能力，消能防沖要求，下游水流銜接及對其他建筑物影響等因素，通過技術經(jīng)濟的比較來選定。河岸式溢洪道常采用的消能方式包括:挑流消能、底流消能，亦可采用面流、戽流或其他消能型式［1］。

1.1 挑流消能

挑流消能是高水頭泄水建筑物中最常用的消能方式。其原理是借助于鼻坎將下泄的高速水流拋射至空中，使水流擴散同時卷入大量空氣，然后落入較遠處的下游水墊，從而形成強烈的旋滾區(qū)，沖刷河床形成沖坑，再經(jīng)過紊動擴散與下游水流銜接。全流程共分為三段:泄水建筑物邊壁的摩阻消能，射流水股空中擴散摻氣消能，沖坑水墊中淹沒擴散和紊動剪切消能。挑流消能示意圖見圖1。

圖1 挑流消能示意圖

挑流鼻坎可選用連續(xù)式、差動式、窄縫式和各種異型鼻坎等。鼻坎減輕沖刷的作用可歸納為“縱向拉開、左右擴散、錯開落點、導向防沖”。鼻坎的幾種形式見圖2。

圖2 鼻坎的幾種形式

1.2 底流消能

底流消能是一種常規(guī)的消能形式。其原理是通過水躍產(chǎn)生的表面旋滾和強烈的紊動來達到消能目的，從而降低水流流速。底流消能適用于各種地基，多用于軟弱巖基，或設有船閘、漁道等對流態(tài)有嚴格要求的樞紐工程。底流消能的型式主要有以下3種:①降低護坦高程所形成的消力池消能;②在護坦末端修建消力坎所形成的消力池消能;③以上兩種型式加上趾墩、消力墩、尾檻的輔助消能工程所形成的綜合式消力池消能。底流消能的消力池分為平底式、斜坡式、擴散式及多級消能等各種型式，較常采用的是平底式和斜坡式消力池。水躍消能措施見圖3，府流消能示意圖見圖4。

圖3 水躍消能措施

圖4 底流消能示意圖

1.3 面流消能

面流消能是一種基本的消能方式，其原理是利用泄水建筑物末端的跌坎或戽斗，將下泄急流的主流挑至水面，通過主流在表面的擴散及形成的底部旋滾和表面旋滾來消除多余的能量。面流消能適用于下游尾水大于躍后水深且水位變幅不大，河床與兩岸在一定的范圍內(nèi)有較高抗沖能力，或有排冰要求的樞紐工程。面流消能示意圖見圖5。

1.4 戽流消能

戽流消能是底流和面流消能結(jié)合運用的消能方式，其消能原理可概括為“三滾一浪”。即借助低于下游水位的戽斗將下泄的急流挑射到下游的水面形成涌浪，在涌浪上游的戽斗內(nèi)形成旋滾，在涌浪下游形成表面旋滾，在主流之下形成底部旋滾。戽流消能適用于下游水深大于躍后水深、下游河床及兩岸有一定抗沖能力的樞紐工程。戽流消能示意圖見圖6。

圖5 面流消能示意圖

圖6 戽流消能示意圖

2 溢洪道防沖加固具體措施

溢洪道除險加固的措施要依據(jù)不同的工程所面臨的問題來制定相應地具體措施，下面介紹三種常用的措施。

2.1 拓寬溢洪道

采用這一措施，必須具備允許的地質(zhì)條件，且在保證開挖量不大的情況下，對溢洪道進行拓寬，這樣能確保堰頂高程不會發(fā)生降低的危險。此措施能有效增加下泄流量，同時還具有投資小、增強抗洪標準等優(yōu)點，但不宜過多增加下泄流量，以降低下游河道的負擔。

2.2 加深溢洪道

采用這一措施，必須在同等水位的情況下進行。此措施不僅增加了下泄流量，而且還降低了溢洪道的堰頂高程，從而提高了防洪的性能。

2.3 擴建溢洪道

采取這一措施，應該在符合要求的地質(zhì)條件下，且不具有較大開挖量的基礎上對溢洪道進行擴建。這種方法雖然投資大，但不受已建工程的限制，通常是按需進行，且能達到防洪的需要。

［1］顏宏亮，閆濱.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，2012:71-73.