導(dǎo)流洞復(fù)合式出口消能體型的研究與應(yīng)用

閆秀秀　尹進(jìn)步　張曜　吳偉　杜振康　陽洲

摘 要：狹窄河谷中高水頭、大流量、復(fù)雜地質(zhì)條件的工程前期導(dǎo)流工程面臨高速水流泄洪問題，對消能體型要求較高?；谒の锢砟Ｐ驮囼瀸δ乘麡屑~導(dǎo)流洞出口消能體型進(jìn)行優(yōu)化探索，先后提出右岸導(dǎo)向、洞線偏移、左岸分流、強(qiáng)迫消能＋左岸分流４ 種布置方案，通過對水流流態(tài)、流速和沖刷特性等水力參數(shù)進(jìn)行測定和比選，最終推薦強(qiáng)迫消能＋左岸分流的復(fù)合式消能體型，并對推薦體型對大小流量工況的適應(yīng)性進(jìn)行導(dǎo)流全過程試驗分析。結(jié)果表明：復(fù)合式消能體型在各工況下消能效率較高，圍堰及左岸近岸流速明顯降低，分散水流能有效封堵回流，水面波動強(qiáng)度減弱，主流順利歸槽，沖淤情況良好，保護(hù)左岸免受沖刷。該復(fù)合式消能體型能夠滿足工程消能及安全穩(wěn)定要求，可為具有類似特點(diǎn)的導(dǎo)流洞工程的出口設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流洞；消能體型；消能效果；流態(tài)；沖淤特性

中圖分類號：ＴＶ６５３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０４．０２７

引用格式：閆秀秀，尹進(jìn)步，張曜，等．導(dǎo)流洞復(fù)合式出口消能體型的研究與應(yīng)用［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（４）：１５７－１６２．

施工導(dǎo)流是水利水電工程施工過程中一項非常重要的任務(wù)，關(guān)系到整個工程施工工期與安全［１］ 。采取科學(xué)合理的導(dǎo)流方式能夠加快工程施工進(jìn)度，節(jié)約工程成本，保障工程施工順利進(jìn)行。對于修建于山勢陡峭且?guī)r石堅硬、基巖穩(wěn)定性好的河谷中的工程，河道較為狹窄，多數(shù)會采用“圍堰全年擋水，岸邊式隧洞導(dǎo)流”的方式，如安康水電站、葉巴灘水電站、小浪底水電站等［２－４］ 均為隧洞導(dǎo)流，泄洪流量為４ ０００～６ ０００ ｍ３ ／ ｓ。

受地勢落差大、河道流量大等因素影響，導(dǎo)流隧洞設(shè)計存在泄洪消能體型難以確定的問題［５－６］ 。根據(jù)已有研究，多數(shù)岸邊式隧洞工程常在出口采用單一型的消能體型，最常用鼻坎、斜切坎等挑坎［７－１１］ 進(jìn)行挑流消能。劉達(dá)等［１２］ 對泄洪洞出口分別采用等寬型挑坎、燕尾型挑坎、斜切挑坎３ 種類型的挑坎進(jìn)行了對比研究。上述挑坎多適用于自由出流且岸坡基巖較好的工程［１３］ 。還有一些工程采用反階梯式消能坎［１４］ 等方式消能，這種消能坎通過對水流進(jìn)行加糙，增加摻氣旋滾，從而達(dá)到消能目的。寶興水電站［１５］ 導(dǎo)流洞出口消能工采用消力墩后加二級消力池的形式，使其形成淹沒水躍進(jìn)行消能。這些消能坎采用非挑流的形式，適用于下游高水位出流方式。

狹窄河谷地區(qū)，多修建高水頭、大流量工程，對前期導(dǎo)流消能要求較高，上述研究方法中采取的消能體型尚未考慮狹窄河谷中岸坡地質(zhì)不穩(wěn)定因素的影響，且泄洪流量相對較小。復(fù)雜地質(zhì)條件工程對消能工的消能效率要求更高，因此消能方式研究和探索尤為必要。筆者結(jié)合西南某高壩工程進(jìn)行物理模型試驗，主要在超大流量（泄流量最高突破１０ ０００ ｍ３ ／ ｓ）、河谷狹窄、保證左岸不被沖刷破壞情況下，對導(dǎo)流洞出口消能體型開展系統(tǒng)研究，推薦最優(yōu)體型，并驗證其適應(yīng)性，從而為類似超大流量、復(fù)雜地質(zhì)條件的導(dǎo)流工程消能提供參考。

１ 工程概況

某水利樞紐原設(shè)計采用岸邊式導(dǎo)流洞進(jìn)行導(dǎo)流泄洪，兩洞（１＃、２＃）均布置于右岸，如圖１ 所示。導(dǎo)流洞斷面尺寸為１５ ｍ×１７ ｍ（寬×高，城門洞形），過水?dāng)嗝婷娣e為２３６．１ ｍ２，１＃導(dǎo)流洞洞長１ １２１．６２ ｍ，２＃導(dǎo)流洞洞長１ ３６６．４１ ｍ。出口末端均采用消力池過渡，與出口明渠相接，消力池底板高程３ ４３７ ｍ。

上下游設(shè)不過水土石圍堰，上游圍堰最大堰高６１．５ ｍ，下游圍堰建立在壩軸線下游６００ ｍ 處，最大堰高２３．０ ｍ。河道經(jīng)下游圍堰后開始往左右岸擴(kuò)寬，在１＃洞出口下游１００ ｍ 處，河道寬度最大。隨后右岸山體逐漸向河道延伸，河道開始縮窄，在２＃洞出口下游９５０ ｍ 處，右岸山體出現(xiàn)大拐角，該處河道最窄。經(jīng)山體拐角后，河道寬度變化不大。下游河道右岸山體完整，巖石堅硬，左岸山體多為堆積體，抗沖刷能力較低，且左岸修建有主要干路，因此左岸山體的防沖安全穩(wěn)定要求高?？偨Y(jié)下來，該工程導(dǎo)流隧洞具有以下６ 個顯著特點(diǎn)：水頭高，泄洪流量大，洞線長，上下游水位差大，河道狹窄，左岸抗沖穩(wěn)定性差。

２ 原方案試驗研究

２．１ 模型設(shè)計

試驗?zāi)Ｐ筒捎弥亓ο嗨茰?zhǔn)則，按照正態(tài)模型設(shè)計，幾何比尺為１ ∶ ８０。模型模擬范圍應(yīng)保證試驗工作段的流態(tài)相似［１６］ ?？紤]到上游庫區(qū)導(dǎo)流洞進(jìn)口前水流相似性要求，模擬至圍堰上游７００ ｍ。下游河道由圍堰起布置動床，考慮到左岸塌滑堆積體抗沖能力差，洪水頂沖和坡腳處地形沖淤均會對岸坡穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此左岸坡腳處基巖不向河床內(nèi)延伸，直接采用動床覆蓋層進(jìn)行模擬。在此基礎(chǔ)上保證河道內(nèi)的水流流態(tài)和地形沖淤不受影響，在２＃導(dǎo)流洞對岸頂沖位置向下游延伸１００ ｍ，選定此位置為動床縱向末端。動床底高程取至３ ４１５ ｍ，鋪砂層后河床高程３ ４３７ ｍ，根據(jù)伊茲巴什公式［１７］ 計算流速，覆蓋層模型沖料粒徑選?。埃怠玻?ｍｍ，河床沖刷試驗時間為２ ｈ，形成穩(wěn)定沖坑后進(jìn)行觀測和參數(shù)測量［１８］ 。試驗工況及對應(yīng)流量見表１。

２．２ 初步試驗

在原方案中，導(dǎo)流洞出口采用臺階逐級消能思路。水流沿臺階逐級爬高，實(shí)現(xiàn)沿程消能；在最后一級臺階以挑流形式落入河道，大量摻氣，完成消能。但觀測發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)流洞出口水流易受臺階阻擋，緊貼兩側(cè)壁面流出，由于流速大，因此形成較高水翅，水體相撞，向四周飛濺；臺階頂部與下游水位落差大，下游河道水墊深度不足，水流跌落處出現(xiàn)明顯的沖刷現(xiàn)象。水流進(jìn)入河道后，洞出口軸線與河道夾角較大，河道狹窄，下泄洪水易頂沖左岸，且兩洞出口緊鄰，易發(fā)生股間同步交匯［１９］ ，流場相互干擾阻滯，致使主流無法順利歸槽。首先２＃洞臺階末端主流入水直沖對岸，形成折沖水流，部分向上回流；其次在２＃洞臺階末端，１＃洞水流受高流速水體擴(kuò)散頂托作用大量轉(zhuǎn)向左岸，與向上回流交匯，在河道中央形成較大的回流旋渦。多種方向水流互相影響，導(dǎo)致河道流態(tài)復(fù)雜，水面波動劇烈，斷面流速分布不均，具體如圖２ 所示。河床底部砂石在旋滾水流帶動下，不斷翻滾、流動，致使地形沖刷問題嚴(yán)重。在兩股主流流經(jīng)處、出口下方齒墻及左岸護(hù)坡處均出現(xiàn)較大沖坑，同時受回流作用影響，在圍堰下游形成大范圍的淤積體。上述結(jié)果表明：兩個導(dǎo)流洞的出口總體消能不足，難以滿足工程需求。

試驗測量進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流洞出口壅水問題嚴(yán)重，致使雙洞全開時，過流流量只有７ ５８０ ｍ３ ／ ｓ，比設(shè)計需要的過流流量９ ２１０ ｍ３ ／ ｓ 低１７．７％，無法滿足過流要求。因此，后續(xù)消能體型的優(yōu)化，須在滿足過流能力前提下進(jìn)行。

根據(jù)上述不良流態(tài)現(xiàn)象和誘因分析，在導(dǎo)流洞出口體型優(yōu)化設(shè)計中，可從以下幾方面入手：一是左岸基巖堆積體的抗沖穩(wěn)定性差，要避免高流速洪水直接頂沖左岸護(hù)坡、山體，產(chǎn)生折沖水流，即解決下泄洪水在河道內(nèi)平穩(wěn)歸槽問題；二是避免兩個導(dǎo)流洞下泄洪水同步自由擴(kuò)散，兩股主流互相影響，特別是１＃洞水流受２＃洞回流頂托產(chǎn)生二次回流，導(dǎo)致河道流態(tài)復(fù)雜問題；三是盡可能提高出口水流的消能效果，降低進(jìn)入河道水流的余能，避免下泄水流回流流速過大，過度沖刷左岸山體和圍堰邊坡，減小河床沖淤，防止山體崩塌、滑坡，威脅圍堰、岸坡和工程區(qū)的整體安全穩(wěn)定。

３ 體型修改及水力特性分析

３．１ 修改方案及流態(tài)、流速分析

根據(jù)上述思路，先后進(jìn)行了主流以右岸導(dǎo)向為主（方案１）、洞線及出口位置修改（方案２）、以左岸分流為主（方案３）、強(qiáng)迫消能＋左岸分流（方案４）方案的體型修改，在初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)工況Ⅱ（流量Ｑ＝９ ２１０ ｍ３ ／ ｓ）下開展試驗。

３．１．１ 以右岸導(dǎo)向為主

初始方案經(jīng)過臺階充分消能后依然存在余能偏大、頂沖對岸山坡問題，說明只考慮消能并不能解決此問題。方案１ 消能體型將主流導(dǎo)向右岸，使出流方向和消能工作均遠(yuǎn)離左岸山坡，體型列于表２，即在導(dǎo)流洞出口下游３０ ｍ 處，由左側(cè)開挖山體位置縱向布置長度為３０ ｍ 的三角斜挑坎，向右前側(cè)逐漸降低，銜接至開挖明渠基面。

方案１ 導(dǎo)流洞出口處及河道流態(tài)見圖３（ａ）?？梢钥吹?，在斜坎作用下，１＃和２＃導(dǎo)流洞洪水均貼右岸壁面微挑出流，主流交匯位置脫離左岸。但兩洞出口距離較近，１＃導(dǎo)流洞水流易受２＃導(dǎo)流洞主流頂托，向上產(chǎn)生回流，左岸近岸水面波動較大，水面落差高達(dá)５ ｍ，回流表面流速４．９ ｍ／ ｓ，臨底流速達(dá)６．１ ｍ／ ｓ。少部分水流與２＃導(dǎo)流洞主流交匯下泄，交匯的主流經(jīng)下游水墊的剪切不充分，余能沖擊左岸，近岸下泄流速為６．８ ｍ／ ｓ。左岸流速較大，沒有很好實(shí)現(xiàn)在右岸一側(cè)消能。

３．１．２ 洞線及出口位置修改

兩個導(dǎo)流洞出口布置緊湊，河道狹窄，水流下泄的消能區(qū)域重疊，兩股水流始終會互相影響。針對該問題提出方案２，調(diào)整洞線及出口位置，分離兩個導(dǎo)流洞的消能區(qū)域。使２＃導(dǎo)流洞洞身經(jīng)過一次弧段后，直接與河岸銜接。相較于原設(shè)計，洞線加長，拉開了與１＃導(dǎo)流洞出口的距離，出口軸線與河道夾角由原來的２６°減小至１６°。

１＃導(dǎo)流洞出口體型借鑒蘇洼龍水電站導(dǎo)流洞出口明渠內(nèi)異形反臺階消力池［２０］ ，設(shè)４ 級臺階，前３ 級由左側(cè)山體向右前方做斜向三角臺階后，再縱向銜接至右岸山體，最后一級臺階高程３ ４４７．０ ｍ，貼左側(cè)護(hù)坡布置，對水流進(jìn)行右岸導(dǎo)向。２＃導(dǎo)流洞出口未設(shè)置消能結(jié)構(gòu)，直接銜接明渠，底高程為３ ４４２．０ ｍ。由圖３（ｂ）可知，兩個導(dǎo)流洞的水流無明顯影響，獨(dú)立運(yùn)行，２＃導(dǎo)流洞水流緊貼右岸淹沒出流，完全歸順河道。主流以河道水墊剪切消能，其消能區(qū)遠(yuǎn)離左岸，布置合理。１＃導(dǎo)流洞水流在斜向臺階和頂部臺階導(dǎo)向下，出流方向由軸線向右偏移。小流量時，在異形臺階作用下，消能效果較好，但在大流量時，水流旋滾摻氣不明顯，主流以窄長水舌沖擊河道最窄處，發(fā)生折沖水流，向上生成明顯回流旋渦，左岸近岸回流流速可達(dá)５．２ ｍ／ ｓ。左岸近岸下泄水流流速達(dá)６．１ ｍ／ ｓ，說明該體型消能效果較差。

３．１．３ 以左岸分流為主

針對回流問題，提出方案３，１＃導(dǎo)流洞出口采用分流扭面坎，將一部分主流向左側(cè)挑起分散，阻滯左岸回流，另一部分主流在內(nèi)臺階基礎(chǔ)上出流，分流坎距出口１５．６ ｍ 開始逐漸升高，最終高程距離臺階平面１０ ｍ（具體結(jié)構(gòu)尺寸見表２）。方案３ 的出口及河道水流流態(tài)見圖３（ｃ）。１＃導(dǎo)流洞主流在分流扭面坎導(dǎo)向下，小部分經(jīng)扭面斜向左岸擴(kuò)散，大部分水流經(jīng)臺階消能后下泄。分流攜帶能量較少，在左岸能抵擋回流，且不沖擊護(hù)坡。主流經(jīng)分流后，攜帶的能量有所下降，與河道水體發(fā)生碰撞，涌起多層波浪，經(jīng)過水墊層剪切，余能仍然沖擊左岸，近岸波浪爬高達(dá)２．５ ｍ。但相對于前兩個方案，左岸近岸下泄流速和回流流速均有所下降，在圍堰處回流流速為２．７ ｍ／ ｓ。采取分流的消能體型，能夠阻滯回流，降低主流能量，消能效果有所提高。

３．１．４ 以強(qiáng)迫消能＋左岸分流

方案４ 為以強(qiáng)迫消能＋左岸分流的復(fù)合式消能體型，第一道消能采取強(qiáng)迫消能坎，對大落差的水流進(jìn)行消能處理。強(qiáng)迫消能后的水流及左側(cè)繞流水體通過第二道消能圍坎后大范圍擴(kuò)散分流，均勻地進(jìn)入下游河道。具體布置見表２：將出口靠近河道一側(cè)山體開挖開敞式明渠，靠近河道一側(cè)預(yù)留高８ ｍ、寬４ ｍ 的擋墻作為第二道消能圍坎，距離出口下游２４ ｍ 處，橫向布置梯形強(qiáng)迫消能坎，坎頂高程３ ４５１．０ ｍ，迎水面長２２ ｍ，縱向?qū)挘保?ｍ。

方案４ 出口及河道水流流態(tài)見圖３（ｄ）。試驗觀察可知，下游水位較高，水墊高程均高于導(dǎo)流洞頂及消能坎，１＃導(dǎo)流洞出流基本上為淹沒出流。受強(qiáng)迫消能坎作用，水位壅高，水流向上翻滾形成寬而厚的水舌，過坎后及時落入水墊層。經(jīng)過其強(qiáng)迫消能，水流表面劇烈翻滾，在消能坎下游形成多層多股、大量摻氣的白色涌浪，至河道中部水流流態(tài)開始平緩，左岸近岸水面平穩(wěn)，波動范圍在２ ｍ 之內(nèi)，近岸流速降低至１．９ ｍ／ ｓ。第二道消能圍坎分散水流效果明顯，下部水體各向均勻擴(kuò)散，經(jīng)水墊層剪切消能充分，其流至左岸護(hù)坡處可避免發(fā)生折沖，同時有效封堵回流。復(fù)合式消能體型消能效果明顯，消能區(qū)域小，可使下泄水流遠(yuǎn)離左岸。

３．２ 沖刷特性分析

由于該工程整體泄洪流量大，即單洞水流攜帶能量較大，出口消能體型設(shè)計不合理，未能分散消耗能量，因此造成入水集中現(xiàn)象，出口下游形成明顯沖坑，在左岸發(fā)生折沖水流位置易發(fā)生護(hù)坡底部淘刷，沿護(hù)坡底生成窄而深的細(xì)長沖坑。根據(jù)有關(guān)學(xué)者［２１－２２］ 研究，岸坡發(fā)生崩塌與近岸流速、坡前水流的沖刷有關(guān)，與水體紊動及次生流也有一定關(guān)系。方案１～３ 河道沖淤情況見圖４，這３ 個方案涵蓋上述分析的典型沖坑與淤積體。在方案１ 中，１＃導(dǎo)流洞出口下游及左岸護(hù)坡下的河床均產(chǎn)生較大沖坑，沖坑底部已裸露基巖。方案１ 和方案２ 河道內(nèi)均有較大回流產(chǎn)生，使得圍堰下游泥沙在回流旋渦帶動下，形成較大淤積體。方案３ 左岸分流阻滯了回流，在圍堰下游未出現(xiàn)較大淤積體，但回流仍然存在，在左岸分流與主流之間形成突出淤積體，消能能力仍然不足，左岸同樣出現(xiàn)淘刷，左岸護(hù)坡坡腳處的沖坑會危及岸坡穩(wěn)定，淤積體的存在也會導(dǎo)致下游水位抬高。

方案４ 復(fù)合式消能體型下的沖刷地形見圖４（ｄ）?？梢钥闯?，復(fù)合式消能體型導(dǎo)流洞出口水流下部發(fā)散進(jìn)入河道，不會對其產(chǎn)生明顯沖刷，上部水舌落點(diǎn)主要在河道中部及右側(cè)， 形成小范圍沖坑（ 沖坑深度４．２ ｍ）。左岸同樣存在細(xì)長沖坑，但其消能效果良好，無折沖水流和回流旋渦現(xiàn)象，沖坑范圍及深度優(yōu)于其他方案，河道內(nèi)無突出淤積體，河床最高高程僅有３ ４３８．０ ｍ，可保證左岸工程安全穩(wěn)定運(yùn)行。

由試驗結(jié)果可知，利用反臺階消能，其效果并不理想。兩洞出口距離小，單純依靠右岸過流，脫離左岸并不理想，主流交匯，勢必會相互作用，造成回流等復(fù)雜惡劣流態(tài)。左岸分流體型能封堵下游的回流，但受河道狹窄限制，消能區(qū)域小，主流余能過大，左岸基巖受到高速水流的脈動壓力作用容易破碎。復(fù)合式強(qiáng)迫消能坎消能率最高，主流經(jīng)能量耗散后，可順利歸槽，近岸流速低，河床沖坑深度較小，左岸坡腳避免沖刷破壞，保證護(hù)坡安全穩(wěn)定；第二道消能圍坎的分流作用能均勻分散水流能量，有效回堵下游回流，因此方案４ 為推薦體型。

４ 推薦體型導(dǎo)流全過程分析

上文主要對導(dǎo)流洞出口體型在初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)工況下進(jìn)行多方案比選研究，最終推薦最優(yōu)體型，對于該體型在小流量以及超大流量工況下的適應(yīng)性還有待討論，因此下面針對推薦體型在其他工況下的水力特性進(jìn)行分析，以確保該復(fù)合式消能體型滿足導(dǎo)流全過程需求。

４．１ 流態(tài)及消能特性

在導(dǎo)流過程中，對于不同流量，１＃導(dǎo)流洞洪水出流方式略有不同。對于工況Ⅰ和Ⅱ，流量較大時，下游水位高于出口斷面高程，水流多為淹沒出流，上層水體經(jīng)強(qiáng)迫壅高，從消能坎翻滾而出，與空氣大量接觸，能量被消減，水氣混摻區(qū)縱向在出口至下游９５０ ｍ 范圍內(nèi)，橫向水流經(jīng)水墊層的剪切消能未沖刷左岸。對于工況Ⅲ和Ⅳ，流量較小時，洪水受消能坎的阻滯，向左側(cè)開敞處偏轉(zhuǎn)，大部分水流由第二道消能圍坎分散出流，強(qiáng)迫消能坎上部有較薄摻氣水層，由于水流攜帶集中能量由第二道消能圍坎分散后，再經(jīng)過水墊層的二次碰撞，消能區(qū)域較小，因此僅在河道中部偏右位置便完成消能工作。

４ 種工況左岸近岸的水面波動變化見圖５。可以看出，最大流量（Ｑ＝１０ ７６０ ｍ３ ／ ｓ）工況下，１＃導(dǎo)流洞水流余能到達(dá)左岸，波浪在下游９５０ ｍ 處爬高至３ ４６１．４ ｍ，與２＃導(dǎo)流洞出流匯合后，最大爬高至３ ４６２．０ ｍ。該工況下，左岸近岸水面波動最為劇烈，上下水面高差為２．３ ｍ。隨著流量減小，消能區(qū)域減小，余波沖擊左岸的位置逐漸向上游偏移，水面逐漸平緩，工況Ⅲ水面波動高差最?。椋埃?ｍ）?？梢姡保?dǎo)流洞出口的復(fù)合式消能體型，在小流量工況下水流可順利過渡到下游，水面平穩(wěn)，效果極佳；在大流量工況下左岸水面起伏相對較大，但整體上滿足工程安全需求。

４．２ 流速及沖刷特性

大流量工況Ⅰ和Ⅱ，主流多從強(qiáng)迫消能坎流出，其沖坑位置出現(xiàn)在導(dǎo)流洞出口正下游處；相對于小流量工況Ⅲ和Ⅳ，主流多從左側(cè)開敞處流出，沖坑位置偏移至出口左側(cè)下游。小流量工況下游水位低，水流跌落進(jìn)入較薄水墊層，因此小流量工況下的沖坑深度反而大于大流量工況的。不同工況沖坑高程特征值見表３，測量范圍主要在１＃導(dǎo)流洞附近。工況Ⅳ為１＃導(dǎo)流洞單獨(dú)運(yùn)行，出流流量高于工況Ⅲ，沖坑深度最大，為８．６ ｍ，相較于工況Ⅰ往下延伸了４．６ ｍ。

觀察表３ 中水流流速發(fā)現(xiàn)，工況Ⅰ在左岸護(hù)坡處的表面流速與工況Ⅱ的相同，但臨底流速最大為２．４ ｍ／ ｓ，對應(yīng)左岸護(hù)坡下部的沖坑淘刷最深，說明臨底流速對河床的沖淤影響較大。整體來看，１＃導(dǎo)流洞流量由小變大過程，水流余能逐漸頂沖至左岸，近岸流速逐漸增大。由于水流余能較小，且在分流阻滯下，左岸無回流現(xiàn)象產(chǎn)生，圍堰處流速小于抗沖流速，河床無明顯沖刷痕跡，因此在導(dǎo)流全過程中，河床沖淤整體良好，可避免左岸護(hù)坡產(chǎn)生較大沖坑，河道內(nèi)也無突出淤積體，對下游水位無影響。

５ 結(jié)論

導(dǎo)流洞出口普遍采用單一消能體型，在流量偏小、岸坡穩(wěn)定的工程中適應(yīng)性強(qiáng)，然而對于大流量、狹窄河道、復(fù)雜地質(zhì)條件的工程而言，單一消能體型無法滿足工程需求，復(fù)合式消能體型則具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。具體結(jié)論如下：

１）１＃導(dǎo)流洞出口采取強(qiáng)迫消能坎和第二道消能圍坎體型能夠滿足過流要求，出口水流經(jīng)強(qiáng)迫消能坎作用形成淹沒水躍，水舌大量摻氣，主流經(jīng)水墊剪切作用消耗大量能量，加快了水體流速的衰減，極大提高了消能效率，主流未到達(dá)左岸便平穩(wěn)歸槽。第二道消能圍坎均勻分散下部水體，橫向擴(kuò)散的水流流速較小，對左岸護(hù)坡無沖擊，可有效封堵回流。

２）導(dǎo)流全過程各工況試驗結(jié)果表明，該復(fù)合式出口體型在大小流量下適應(yīng)性均良好。左岸近岸流速較小，水流平緩，河道內(nèi)無回流現(xiàn)象，下游河道沖淤情況良好，河床內(nèi)未出現(xiàn)突出淤積體，左岸護(hù)坡處無嚴(yán)重沖坑，因此該體型有效保護(hù)了左岸護(hù)坡和圍堰的安全穩(wěn)定，整體上滿足工程要求。

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【責(zé)任編輯 張華巖】

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（５１２７９１７０）