寬尾墩消能技術(shù)的工程應(yīng)用條件探討

尹進(jìn)步

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

0 前 言

相對于傳統(tǒng)二元水躍底流消能形式而言，寬尾墩消能技術(shù)以三元水躍形式獲得較高消能效果同時(shí)，也縮短了消力池長度，一定程度節(jié)約了工程投資。如果對寬尾墩消能技術(shù)近50 a的工程應(yīng)用與研究成果進(jìn)行總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，從潘家口工程開始，寬尾墩消能技術(shù)先后形成了寬尾墩+挑流消能技術(shù)、寬尾墩+底流消力池聯(lián)合消能技術(shù)、寬尾墩+戽式消力池聯(lián)合消能技術(shù)、寬尾墩+臺階壩面+戽式消力池聯(lián)合消能技術(shù)、“X”型寬尾墩+臺階壩面+消力池聯(lián)合消能技術(shù)、“X”型寬尾墩+臺階壩面+戽式消力池聯(lián)合消能技術(shù)等不同的應(yīng)用類型，與之相對應(yīng)的研究成果也頗為豐富[1-7]。對這些研究成果進(jìn)行總結(jié)歸類，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)寬尾墩體型、“X”型寬尾墩體型、與寬尾墩聯(lián)合應(yīng)用的壩面水力特性以及與寬尾墩聯(lián)合應(yīng)用的消力池研究等部分[8-14]。這些研究成果均是基于寬尾墩消能技術(shù)應(yīng)用方面的研究，但其工程應(yīng)用的前提必須是寬尾墩消能技術(shù)在工程中可以應(yīng)用。那么對于一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)劃中的工程，當(dāng)設(shè)計(jì)工作者需要進(jìn)行消能形式選擇，或者樞紐布置形式選擇時(shí)，首先要面對的問題是寬尾墩消能技術(shù)需要滿足的工程應(yīng)用條件是什么?因此,本文在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合寬尾墩消能技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用，對寬尾墩消能技術(shù)的工程應(yīng)用條件進(jìn)行探討非常有必要。

1 已有寬尾墩消能技術(shù)應(yīng)用條件

寬尾墩消能技術(shù)的工程研究資料比較豐富，其中關(guān)于工程應(yīng)用條件研究成果基本可分為兩類：一類是通過對多個(gè)已建工程參數(shù)的總結(jié)，提出一個(gè)流能比與下游水深比計(jì)算公式，在此基礎(chǔ)上提出了參數(shù)化的應(yīng)用要求[15-17]；另一類是筆者通過寬尾墩三元水躍特性研究[18]，建立了三元水躍的特征參數(shù)擬合公式，并根據(jù)公式對三元水躍的特征參數(shù)與實(shí)際工程下游河道水流參數(shù)進(jìn)行比較，依此確定寬尾墩消能技術(shù)是否可用。下面分別對兩類方法予以說明。

1.1 流能比與下游相水深比關(guān)系研究

文獻(xiàn)[15]對表孔采用底流消能布置形式中，使用寬尾墩消能技術(shù)的工程水力學(xué)條件進(jìn)行了總結(jié)分析。研究認(rèn)為，如果根據(jù)圖1所示水流流態(tài)定義入池單寬流量為q，上下游水位差為Zt，下游水深為ht，堰頂與消力池底板之間高差為P，則可引入兩個(gè)無量綱參數(shù)k和α，k是流能比，主要表征下游河道水面以上水流能量，α是下游河道水深比，兩個(gè)無量綱參數(shù)計(jì)算式分別如下：

(1)

α=ht/P

(2)

對已建多個(gè)工程相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并點(diǎn)繪形成圖2所示曲線，再對曲線進(jìn)行擬合，可得經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式如下：

α=0.25lnk+1.08

(3)

根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行情況總結(jié)發(fā)現(xiàn)，如果依據(jù)公式(1)～(3)計(jì)算得到k和α值，并且0.3<α<0.86，則該工程可應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)，否則就不能使用。

文獻(xiàn)[16]根據(jù)上述方法對已建或在建幾個(gè)工程進(jìn)行計(jì)算分析后發(fā)現(xiàn)，有些工程雖然α值也大于0.3，消力池總體消能率可能滿足要求，但消力池下游的河道水流消能條件并不好。因此對該條件做了進(jìn)一步的說明，即將α值取值范圍縮小到0.4<α<0.86。

圖1 寬尾墩消能技術(shù)流態(tài)示意

圖2 流能比k-下游水深比α關(guān)系曲線

NB/T 10392-2020《水電工程泄水建筑物消能防沖設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[17]采用了與文獻(xiàn)[15]相同的分析方法，但擬合的經(jīng)驗(yàn)公式為多項(xiàng)式：

α=23.94k3-20.4k2+6.5k+1.08

(4)

文中只說明了參數(shù)必須符合上述規(guī)則，并未說明其使用要求，只是在規(guī)范條文解釋中給出了相關(guān)工程的一些參數(shù)，建議予以參考使用。

1.2 寬尾墩三元水躍特征參數(shù)關(guān)系研究

文獻(xiàn)[18]通過試驗(yàn)研究，對系列體型不同寬尾墩三元微淹沒水躍的躍長Lj、躍高h(yuǎn)j等參數(shù)進(jìn)行了測試，如果定義寬尾墩三元水躍的特征躍長Lt及特征躍高Ht兩個(gè)參數(shù)計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

同時(shí)定義流能比如下：

(7)

資料分析發(fā)現(xiàn)，寬尾墩三元水躍特征躍長Lt及特征躍高Ht兩個(gè)特征參數(shù)與流能比k1之間會(huì)存在線性關(guān)系，并對直線進(jìn)行擬合，可得如下關(guān)系式：

Ht=24.41k1+0.38

(8)

Lt=17.51k1+0.34

(9)

由于公式(5)～(9)的5個(gè)計(jì)算式基本限定了寬尾墩消能技術(shù)的工程水力學(xué)條件，而且這一組關(guān)系式是在微淹沒三元水躍條件下得到，因此該關(guān)系式也可成為寬尾墩消能技術(shù)能否使用的另一種判別方式，即只要實(shí)際工程下游水深大于三元水躍第二共軛水深hj，該工程就可應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)。為了對這一判別方法的工程應(yīng)用進(jìn)行分析，文獻(xiàn)[18]結(jié)合已建工程資料對躍后水深比進(jìn)行了深入分析發(fā)現(xiàn)，第一，單寬流量相同的中低壩高躍后水深比可小一點(diǎn)；第二，對一些中低壩而言，壩高相同實(shí)際河道狹窄時(shí)，躍后水深比較大，河道寬闊時(shí)，躍后水深比略小一些；第三，對一些工程下游河道水深不足以形成所要求的微淹沒水躍時(shí)，需對寬尾墩體型進(jìn)行特殊處理，但處理后的下游消力池水流可能已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義下的寬尾墩三元水躍流態(tài)，因此其躍后水深比可以小一些。

雖然該方法也可作為寬尾墩消能技術(shù)的使用條件，但對躍后水深比的變化卻并未明確使用要求，因此使用時(shí)也不夠完善。

1.3 兩種方法的實(shí)際工程運(yùn)行情況

首先，上述兩種方法為寬尾墩消能技術(shù)能否在實(shí)際工程中應(yīng)用，提供了一種相對比較簡單的判別條件，也對寬尾墩消能技術(shù)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。雖然這些判別關(guān)系式也是基于工程設(shè)計(jì)工況或校核工況資料總結(jié)分析得到，而且對工程應(yīng)用而言，兩種工況都很重要，但實(shí)際工程運(yùn)行的大部分工況卻是中小洪水泄洪。對一般河道而言，隨著泄洪流量的減小，下游河道水面也會(huì)降低。下游河道水面降低后，水深隨之減小，水深能否滿足大于寬尾墩三元水躍第二共軛水深要求，就成為寬尾墩消能技術(shù)能否正常發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素。一些工程利用表孔閘門局開方式，減小寬尾墩水舌的縱向拉開長度，用以彌補(bǔ)下游水深不足問題，但這種運(yùn)行方式一方面限制了小流量閘門單孔大開度運(yùn)行方式，另一方面也增加了閘門開啟的復(fù)雜性。

其次，再對流能比計(jì)算公式(1)及圖2曲線中工程參數(shù)做深入分析發(fā)現(xiàn)，流能比k值大于0.2的工程一般都會(huì)具有如下特點(diǎn)：第一，堰頂距離消力池底板之間的高差P相對比較小，大部分不足60 m；第二，堰上水頭相對比較大，基本在25 m以上。而正是由于其參數(shù)存在這樣的分布規(guī)律，因此這些工程下游水深比也比較大，基本在0.7以上。但實(shí)際工程中很多需要使用寬尾墩消能技術(shù)的工程壩高基本在百米以上，堰上水頭大部分在20 m附近，即堰頂距離消力池底板之間的高差P大部分在80 m附近或以上，有的接近或超過百米，這類工程流能比k值大于0.2的可能性極小，中小流量泄洪運(yùn)行時(shí)，k值可能更小。

基于上述兩種情況的存在，因此有必要對現(xiàn)有的關(guān)于寬尾墩消能技術(shù)使用條件或判別方法的合理性做深入探討。

2 典型工程資料深度分析

下面結(jié)合筆者曾經(jīng)做過的5個(gè)典型已建工程試驗(yàn)資料，對目前關(guān)于寬尾墩消能技術(shù)使用判別方法問題進(jìn)行深入分析。

2.1 相關(guān)資料分析

5個(gè)已建工程表孔泄洪消能初步設(shè)計(jì)時(shí)，都計(jì)劃采用寬尾墩+臺階壩面+消力池的聯(lián)合消能布置形式，工程主要體型參數(shù)如表1所示。

表1 已建典型工程基本資料

考慮到實(shí)際工程運(yùn)行中，大部分工況是中小型洪水泄洪，因此根據(jù)公式(1)、(2)分別對5個(gè)工程中，包括中小型洪水泄洪的所有典型運(yùn)行工況的無量綱參數(shù)k和α進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。由于脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根是反映水舌對消力池底板沖擊作用的主要參數(shù)，因此表中也匯總了每個(gè)工況中模型試驗(yàn)測試的脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值。

表2 已建工程寬尾墩無量綱參數(shù)計(jì)算匯總

從表2的計(jì)算結(jié)果可以看出，由于所選工程壩高相對較高，單寬流量較小，因此下游水深比最大值都不超過0.2。5個(gè)工程計(jì)算結(jié)果曲線如圖3所示，為了方便與文獻(xiàn)[15]的曲線進(jìn)行對比，圖3也將圖2曲線繪制其中。

從圖3可以看出，雖然5個(gè)工程的曲線分布規(guī)律與文獻(xiàn)[15]的曲線都比較接近，但相對而言，只有工程1與工程2大流量泄洪時(shí)，下游水深比變化范圍大一些，其它3個(gè)工程下游水深比變化范圍都很小，基本在0.4以下，這也是文獻(xiàn)[16]限定0.4的原因。再結(jié)合表2的消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值，對圖3曲線做深入分析發(fā)現(xiàn)，下游水深比較小時(shí)，消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值都比較大，而且大部分在50 kPa以上，下游水深比較大時(shí)，脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根都比較小。這一分布規(guī)律與實(shí)際工程消力池底板所承受的水流沖擊壓強(qiáng)變化規(guī)律基本相同，說明該參數(shù)的總體變化規(guī)律比較合理。但對脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根量值的分布做詳細(xì)分析可以看出，5個(gè)工程卻各具不同的特征。

圖3 典型工程計(jì)算k-α參數(shù)曲線

工程1和工程2大流量泄洪，脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值基本在50 kPa以下，對應(yīng)的下游水深比值α基本在0.36以上，最大接近或超過0.5，而單孔全開或不足兩孔全開泄洪時(shí)，脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根值卻比較大，基本在50 kPa以上。說明該工程雖然采用了寬尾墩，但不足兩孔泄洪時(shí)，池底板承受水流沖擊壓強(qiáng)偏大，對應(yīng)的下游水深比值基本在0.36以下，那么依此可以定義寬尾墩的使用界限參數(shù)值α為0.36。

只對工程3和工程4曲線規(guī)律進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，部分參數(shù)卻有點(diǎn)變化，雖然脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值在50 kPa以下的下游水深比值α也基本在0.36以上，但泄洪流量卻至少要保證3孔以上開啟。最后再看看工程5，雖然大流量泄洪時(shí)，下游水深比值也大于0.36，但所測脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根值都大于50 kPa，正是考慮到脈動(dòng)壓強(qiáng)偏大的影響，工程5最后設(shè)計(jì)并未選擇寬尾墩消能技術(shù)。

上述分析結(jié)果進(jìn)一步表明，以現(xiàn)有的方法判斷寬尾墩消能技術(shù)使用條件可能不夠準(zhǔn)確。

2.2 典型工程實(shí)際消能技術(shù)說明

由于現(xiàn)有使用條件是基于多個(gè)工程大流量泄洪參數(shù)統(tǒng)計(jì)而言，一方面并未考慮工程的實(shí)際泄洪條件;另一方面也并未兼顧工程中小洪水的泄洪運(yùn)行情況，因此在一定程度上該條件并不十分客觀準(zhǔn)確。正是由于這些因素影響，5個(gè)工程實(shí)際分別采用了各自消能技術(shù)方案。

工程1和工程2基本滿足現(xiàn)有應(yīng)用條件，因此工程最終都采用了標(biāo)準(zhǔn)的“X”型寬尾墩+臺階壩面+消力池的聯(lián)合消能形式，此處不再贅述。雖然工程5初設(shè)方案的無量綱參數(shù)k和α分布規(guī)律與曲線接近，但模型試驗(yàn)測試的消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)始終偏大，另外消力池后水流余能也比較大，導(dǎo)致下游沖刷問題比較嚴(yán)重，因此設(shè)計(jì)通過試驗(yàn)研究，放棄了寬尾墩消能技術(shù)的初設(shè)方案，最后采用了一種異型挑流鼻坎的消能布置方式。工程3和4雖然部分參數(shù)滿足了寬尾墩消能技術(shù)現(xiàn)有應(yīng)用條件，而且大流量泄洪也滿足池底板沖擊壓強(qiáng)的控制要求，但中小洪水泄洪時(shí)，下游水深比及脈動(dòng)壓強(qiáng)均不能滿足要求。為了解決這一問題，工程設(shè)計(jì)方案最終對消力池底板的布置形式進(jìn)行了調(diào)整，采用嵌槽式消力池布置方式[19]。

所謂嵌槽式消力池布置方式，就是相對傳統(tǒng)消力池而言，壩腳與池底板采用兩個(gè)小圓弧進(jìn)行連接，與壩腳相切連接的上游圓弧半徑小一些，一般R=10.0 m左右，為了減小小挑坎的挑角角度，與消力池底板連接的下游圓弧半徑略有增加，一般在R=15.0 m附近，兩個(gè)圓弧在最低點(diǎn)相切連接，切點(diǎn)處高程比消力池底板降低大約1.0 m。圖4是嵌槽式消力池與常規(guī)消力池水流流態(tài)對比示意圖。

圖4 嵌槽式消力池水流流態(tài)對比

試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，采用嵌槽式消力池后，水流經(jīng)過消力池底部嵌槽的導(dǎo)向，近底水流沿著反弧的挑角方向，出現(xiàn)一個(gè)向上的分速度，近底水流旋滾部分上移，使原來平行于底板的動(dòng)水墊具有了向上的動(dòng)量分量，動(dòng)水墊利用這部分動(dòng)量與寬尾墩下壓的沖擊水舌相撞。由于寬尾墩水舌所具有的向下動(dòng)量遠(yuǎn)大于動(dòng)水墊向上的動(dòng)量分量，碰撞的結(jié)果使水流大部分動(dòng)能仍沿底部流動(dòng)，只有很小一部分改變方向，但這一很小部分的作用卻使近底水流的速度得到減小，沖擊作用得以減緩。試驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)消力池近底水流流速減小幅度平均在15%～30%，脈動(dòng)壓強(qiáng)的分析結(jié)果表明，最不利運(yùn)行工況時(shí)，脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根有不低于10%的減幅效果。

當(dāng)然也有些工程通過在壩面與池底板連接的反弧末端位置，采用池底板下降一定距離形成垂直跌坎的跌坎消力池布置形式，利用跌坎在下游形成一反向旋滾底流部分，既減小了池底板水流的臨底流速，又減緩了寬尾墩水舌對底板的直接沖擊作用力。但跌坎高度對水流流態(tài)比較敏感，同時(shí)體型布置增加工程量同時(shí)，也為樞紐布置增加了難度[20-22]。由于該布置方式也使寬尾墩消能技術(shù)得以正常使用，所以也被部分工程所采用。

2.3 寬尾墩消能技術(shù)應(yīng)用條件

2.3.1計(jì)算公式調(diào)整

前面借助幾個(gè)典型工程資料對寬尾墩消能技術(shù)的使用條件進(jìn)行了分析，從分析過程看，計(jì)算公式(1)、(2)的判斷方法主要是考慮了設(shè)計(jì)工況等大洪水的資料，但從圖3的對比結(jié)果看，幾個(gè)典型工程不同運(yùn)行工況的參數(shù)分布規(guī)律卻都很接近，特別是使用條件比較好的2個(gè)工程處于上、下側(cè)，而使用條件并不好的3個(gè)工程參數(shù)卻位于中間，幾乎無明顯區(qū)分，而表2不同運(yùn)行工況水流對消力池底板產(chǎn)生的脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根變化卻很大。這一結(jié)果說明公式(1)、(2)兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算式并未準(zhǔn)確區(qū)分出水流沖擊壓強(qiáng)的變化規(guī)律，沖擊壓強(qiáng)的變化又對寬尾墩消能技術(shù)能否正常應(yīng)用具有決定性的影響作用，因此有必要對2個(gè)參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行調(diào)整，使其能夠適應(yīng)脈動(dòng)壓強(qiáng)變化規(guī)律。通過對2個(gè)參數(shù)物理意義深度分析，調(diào)整后的參數(shù)計(jì)算方法如公式 (10)和公式(11)。

(10)

α=ht/Zt

(11)

對比公式(1)、(2)和公式(10)、(11)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，所謂調(diào)整就是將2個(gè)計(jì)算公式中的堰頂與消力池底板之間的高差P及上下游水位差Zt位置進(jìn)行了對調(diào)。根據(jù)調(diào)整后的公式對幾個(gè)典型工程的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果點(diǎn)繪于圖5。

圖5 調(diào)整計(jì)算方法k-α參數(shù)分布曲線

對圖5曲線進(jìn)行觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同工程的參數(shù)分布規(guī)律相對于圖3出現(xiàn)了一些變化。滿足寬尾墩消能技術(shù)使用條件的工程1和2曲線位于上部，而無法使用寬尾墩消能技術(shù)的工程5位于最下部，處于中間位置的正好是使用了寬尾墩消能技術(shù)的工程3和4，但初設(shè)效果并不十分好，必須通過其它輔助工程措施予以彌補(bǔ)。圖5曲線其所以會(huì)出現(xiàn)這種變化的主要原因就是參數(shù)物理意義的準(zhǔn)確使用。

流能比k是用于表征單寬條件下的水流能量的一個(gè)無量綱參數(shù)，其必須是準(zhǔn)確反映消力池底板以上的一種水頭能量的變化參數(shù)，而對于一個(gè)工程而言，堰頂與消力池底板之間的高差P正好具有這種屬性，且對于一個(gè)無量綱數(shù)而言，一般變量要盡可能少，因此流能比計(jì)算中選用P這個(gè)參數(shù)正好符合這一要求。參數(shù)α是表征下游相對水深的一個(gè)物理量，一般工程運(yùn)行工況中，消力池底板以上總水頭基本是固定不變，或變化幅度比較小，那么隨著下游水深的變化，上下游水位差必然也隨之反向變化，則采用下游水深與上下游水位差作為下游水深比這個(gè)無量綱參數(shù)，相對公式(2)的定義，其變化特征就會(huì)明顯一些，便于對工程運(yùn)行特性的準(zhǔn)確把握。

2.3.2無量綱參數(shù)變化規(guī)律分析

前面分析已經(jīng)表明，寬尾墩消能技術(shù)能否在工程中得以使用的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，就是不同工況水流作用于消力池底板上的脈動(dòng)壓強(qiáng)是否低于所限定的閾值。從圖5曲線顯示的幾個(gè)典型工程參數(shù)變化規(guī)律看，與表2統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)測試脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根分布基本一致。那么我們就可根據(jù)其變化分布規(guī)律對寬尾墩消能技術(shù)的使用條件進(jìn)行劃分，且可能存在的劃分方法如下：

方法1，由于工程3和工程4曲線幾乎重合，而且實(shí)際工程運(yùn)行方面也具有這種特征，雖然也可以應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)，但部分工況卻不太好。那么我們就可以這兩個(gè)工程的參數(shù)曲線作為工程應(yīng)用的條件，即利用公式(10)、(11)計(jì)算的工程無量綱參數(shù)分布曲線，如果位于工程3與工程4曲線以上，則工程可以應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)，雖然部分小流量閘門大開度運(yùn)行方式不一定適合，但可采取閘門局開方式予以回避，當(dāng)然也可以采用“X”寬尾墩消能技術(shù)方式，通過加大底部分流的方式實(shí)現(xiàn)。如果曲線位于工程3與工程4曲線以下，則工程就不能應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)。

方法2，通過對表2脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根最大值參數(shù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，如果根據(jù)公式(10)、(11)計(jì)算的工程無量綱參數(shù)下游水深比α值大于0.6，則工程可以應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)，否則就不能使用；另外也可以在上述參數(shù)要求基礎(chǔ)上，限定流能比k必須大于0.054，即兩個(gè)參數(shù)形成的點(diǎn)必須位于圖5中兩條虛線以外的區(qū)域。

2.3.3兩種方法試驗(yàn)驗(yàn)證與討論

上述兩種方法都為寬尾墩消能技術(shù)在工程中應(yīng)用的可能性提供了判斷條件，方法一從實(shí)際工程應(yīng)用方面提供依據(jù)，方法二從脈動(dòng)壓強(qiáng)試驗(yàn)測試結(jié)果方面提供依據(jù)。為了對兩種方法可行性進(jìn)行深入判斷，下面再結(jié)合工程試驗(yàn)資料進(jìn)行分析。

前面分析已經(jīng)表明，工程3初步設(shè)計(jì)體型并未滿足消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)控制要求。在研究過程中，為了尋找滿足脈動(dòng)壓強(qiáng)分布要求的工程措施，試驗(yàn)曾做過一組資料，即將消力池尾坎加高5 m，那么試驗(yàn)中消力池水深相比較原設(shè)計(jì)方案均提高了5 m以上，相應(yīng)上下游水位差會(huì)至少減小5 m。這種體型布置形式的脈動(dòng)壓強(qiáng)試驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，包括部分中小流量泄洪運(yùn)行工況在內(nèi)，消力池底板脈動(dòng)壓強(qiáng)基本都會(huì)減小，大部分工況脈動(dòng)壓強(qiáng)測試值在50 kPa以下。為了進(jìn)行對比，將該資料也利用公式(10)、(11)進(jìn)行計(jì)算，并繪制參數(shù)曲線得到圖6所示的驗(yàn)證曲線。從圖6曲線分布規(guī)律看，該曲線完全位于工程1與工程2曲線之間，但大部分參數(shù)卻在兩條虛線左下位置。該分析結(jié)果表明，相比較而言，方法一更準(zhǔn)確反映了工程實(shí)際狀況，而方法二不夠客觀。

圖6 工程驗(yàn)證及標(biāo)準(zhǔn)k-α曲線

為了使方法一更方便工程應(yīng)用，并保證有一定安全裕度，可將工程2曲線擬合為一簡單的直線關(guān)系，即：k=6.5α+0.2。由此就可以得到比較簡單的判斷方法或應(yīng)用條件。如果根據(jù)公式(10)、(11)計(jì)算某工程運(yùn)行工況參數(shù)得到的曲線位于圖6中該直線以上，則該工程可應(yīng)用寬尾墩消能技術(shù)，否則就不能使用。因此，可稱該直線為寬尾墩消能技術(shù)工程應(yīng)用的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 結(jié) 語

在對現(xiàn)有寬尾墩消能技術(shù)工程應(yīng)用條件總結(jié)同時(shí)，利用該方法計(jì)算了幾個(gè)已建典型工程初步設(shè)計(jì)階段的資料，并結(jié)合脈動(dòng)壓強(qiáng)均方根試驗(yàn)測試資料，綜合分析了現(xiàn)有方法的合理性。在此基礎(chǔ)之上，調(diào)整了現(xiàn)有方法中流能比及下游水深比兩個(gè)無量綱參數(shù)的計(jì)算公式，并依此得到一條寬尾墩消能技術(shù)工程應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)曲線k=6.5α+0.2。如果依據(jù)公式(10)、(11)計(jì)算得到的某工程2個(gè)無量綱參數(shù)不同運(yùn)行工況曲線在標(biāo)準(zhǔn)曲線之上，則該工程可滿足寬尾墩消能技術(shù)應(yīng)用條件，否則就不能。希望該判斷方法能為同類工程寬尾墩消能體型研究與設(shè)計(jì)提供一些借鑒或參考。