虎林西南岔水庫篩網(wǎng)消能應(yīng)用與分析

王秀峰

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

1 綜 述

西南岔水庫溢洪道采用三孔3m寬中間設(shè)底孔的有閘控制實用堰。閘孔凈寬9.0m，堰頂高程63.85m，消力池底高程58.0m，下游渠道底高程58.5m，底寬10.6m，P=0.5%洪水位66.60m最大泄量65.34m3/s，P=2%洪水位66.46m，最大泄量31.08m3/s。溢洪道消能采用篩網(wǎng)消能加消力池形式，篩網(wǎng)高程63.85m，篩網(wǎng)長度9m。

水流在運動過程中一直在進行著動能和勢能的相互轉(zhuǎn)換，水從高處落下，水中原有的能量轉(zhuǎn)化成動能沖擊建筑物，會對建筑物構(gòu)成嚴(yán)重的損害，為了解決這些問題，發(fā)明了很多消能防沖設(shè)施。水工建筑物常用的消能方式底流消能、挑流消能和面流消能等。本次分析是針對篩網(wǎng)消能對建筑物的影響，篩網(wǎng)置于有水流跌落的建筑物進口處，讓水流經(jīng)過篩網(wǎng)進入建筑物的消力池，由于篩網(wǎng)很好地分散了水流，充分摻氣后水流自由下落，起到消能作用[1]。

以西南岔水庫為例分析篩網(wǎng)消能與常用的底流消能作對比分析。

2 底流消能方式消力池計算

水庫溢洪道采用三孔3m寬中間設(shè)底孔的有閘控制實用堰，堰頂有閘門控制泄流，根據(jù)水庫現(xiàn)有的邊界條件，假設(shè)水庫采用底流消能，在不同泄流量情況下，計算消力池的池深、池長，見圖1。

圖1 底流消能

消力池計算公式：

(1)

式中：d為池深，m；σ為水躍淹沒度，取σ=1.05；h2為池中發(fā)生臨界水躍時的躍后水深，m；ht為消力池出口下游水深，m；△Z為消力池尾部出口水面跌落，m；Q為流量m3/s；b為消力池寬度，m；φ為消力池出口段流速系數(shù)，取0.95；L為自由水躍長度，按式L=6.9(h2-h1)計算，m；Lk為消力池長度，m。

經(jīng)計算隨著流量逐漸變小，消力池深度是曲線變化，消力池深度先由大變小然后又由小變大；隨著流量逐漸變小，消力池長度由大變小。溢洪道最大泄流量65.34m3/s。

3 篩網(wǎng)消能消力池計算

篩網(wǎng)消能的篩網(wǎng)形式有：網(wǎng)格式篩網(wǎng)、橫梁式篩網(wǎng)和縱梁式篩網(wǎng)。

表1 底流消能消力池計算成果表

圖2 流量—池深關(guān)系圖

圖3 流量—池長關(guān)系圖

圖4 水庫壩下H-Q曲線圖

網(wǎng)格式篩網(wǎng)是在鋼筋混凝土板上設(shè)置多個圓孔或方孔，混凝土板看似程篩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；橫梁式篩網(wǎng)是由多個垂直于水流的橫梁組成；縱梁式篩網(wǎng)是由多個平行于水流的縱梁組成[2]。

西南岔水庫采用的是網(wǎng)格式篩網(wǎng)消能，網(wǎng)眼為順?biāo)鞣较虻拈L方形，網(wǎng)眼尺寸30cm×80cm，開孔率44%。

圖5 篩網(wǎng)消能

篩網(wǎng)長度計算：

(2)

式中：Lj為網(wǎng)長，m；H01為網(wǎng)前總水頭，m；μ為流量系數(shù)；ε為收縮系數(shù)；η1為入口相對水深。

消力池計算

(3)

式中：Pr為消力池水體的消能率6-9kW/m3；Q為流量m3/s;△H為上下游水位差m；V為消力池水體積m3。

表2 篩網(wǎng)消能消力池計算成果表

圖6 池量—池深關(guān)系圖

圖7 池量—池長關(guān)系圖

4 總 結(jié)

根據(jù)計算得出的數(shù)據(jù)，底流消能消力池較長，池深?。缓Y網(wǎng)消能消力池長度小，池深稍大。篩網(wǎng)與傳統(tǒng)消能相比各有一定優(yōu)勢，邊界條件不合適底流消能的時候可以有效采用篩網(wǎng)消能。通過分析篩網(wǎng)消能的特性，了解篩網(wǎng)消能的優(yōu)缺點，可為工程應(yīng)用推廣提供基礎(chǔ)資料和建議[3]。

西南岔水庫采用篩網(wǎng)消能，運用情況良好，大水期泄流時，有水流沖出篩網(wǎng)沖刷消力池現(xiàn)象，建議在篩網(wǎng)末端設(shè)置擋板效果會更好。