水垫塘消能在高拱坝工程中的应用研究

在高拱坝工程中,泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程研究的重点。基于淹没冲击射流理论探讨了水垫塘的消能机理,并结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,以及各自的优缺点。提出并重点介绍了天然水垫塘这一新型消能型式及其在工程中的应用前景。     

高拱坝泄洪布置形式与消能防冲设计中的若干问题探讨

对高拱坝泄洪消能中的若干突出问题进行了综述与分析。针对其泄洪消能特点,探讨了解决消能防冲的基本途径,如坝身孔口布置及与之适当的坝下消能形式（水垫塘）。分析了水垫塘内水流结构与消能机理,从而要求水垫塘有足够的消能体积与水垫深度。提出了关于水垫塘体型设计的防护标准及底板防护措施的若干意见。     

国内外高拱坝泄洪消能布置综合分析

本文总结分析了国内外８０个高拱坝（泄量Ｑ＞２０００／ｓ）的泄洪消能布置经验，提出了一种综合通用的拱坝泄洪消能布置的分类方法；经对典型工程进行分析研究认为，通过泄洪消能布置的优化，可提高坝体的泄流能力及下游水垫塘单位水体消能率的指标，以减少岸边工程或水垫塘本身的造价；结合小湾工程的分析，认为可适当提高小湾坝体及单洞的泄流能力，减少一条岸边泄洪洞。该经验总结为目前及今后高拱坝大泄量工程的泄洪消能布置设计提供可借鉴的经验。     

大岗山水电站大坝深孔泄洪水垫塘原型水力特性分析

大岗山水电站拱坝坝身泄洪流量大、水头高,泄洪消能是工程的关键技术难题之一。基于深孔泄洪时流态、泄流能力、水垫塘内动水压力及流速水力学原型观测成果、工程实际运行效果,对水垫塘的水力特性进行分析,论证了当前深孔及水垫塘泄洪运行的安全性,并对工程的合理化运行、下一步研究提出了建议。     

高拱坝表中孔泄洪水垫塘水力设计研究与应用述评

本文论述了高拱坝下水垫塘设计目标，科研及应用现状，水垫塘消能控制工况。表、中孔各自单独泄洪与表、中孔联合泄洪的水流流态及动水压力。论述了水势塘允许动水压力，水垫塘的长度与二道坝的位置。在高拱坝大流量，大功率条件下．采用集中泄洪，集中消能的原则及体型优化措施后，获得较好的消能效果。     

高拱坝泄水垫塘衬砌稳定性研究

对窄河谷、高拱坝、大流量坝身泄洪挑流消能水垫塘的防冲安全及其混凝土衬砌优化设计问题作了全面研究,结合小湾工程采用局部水工模型试验研究了小湾工程水垫塘衬砌块的抗冲稳定性,提出了应用瞬变流和震荡流理论研究衬砌冲刷破坏机理、建立新的设计模式的新概念,讨论了水垫塘衬砌设计模式的有关问题,并对该工程的设计提出了具体建议.     

构皮滩枢纽水垫塘水力设计述评

本文收集了高拱坝工程实践资料，论证了构皮滩水电站泄洪消能水塘的可行性。构皮潍为 拱坝，坝高２３４ｍ，最大泄流量２７４７０ｍ＾３／ｓ。设６个表孔，７个中孔。表中孔水舌碰撞，下游设水扩建塘消能。通过工程对比，结合模型试验，认为构皮滩水垫塘消能效果好，泄洪消能下游水垫塘设计是合理的，可行的。     

从高拱坝的工程实践看构皮滩泄洪消能设计的可行性

 收集了高拱坝工程实践资料，论证了构皮滩水电站泄洪消能布置的可行性。构皮滩为双曲拱坝， 坝高234m，最大泄流量27 470m3/s，设6个表孔和7个中孔。表,中孔水舌碰撞，下游设水垫塘消能。通过工程对比，结合模型试验，认为构皮滩水垫塘消能效果好，泄洪消能布置方案是合理的，可行的。     

高拱坝泄洪水垫塘衬砌稳定性研究

对窄河谷、高拱坝、大流量坝射泄洪挑流消能水垫塘的防冲安全及其混凝土衬砌优化设计问题作了全面研究，结合小湾工程采用局部水工模型试验研究了小湾工程水垫塘衬砌块的抗冲稳定性，提出了应用瞬变流和震荡流理论研究衬砌冲刷破坏机理、建立新的设计模式的新概念，讨论了水垫塘衬砌设计模式的有关问题，并对该工程的设计提出了具体建议。     

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较

 反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用。在高水头、大流量作用下反拱水垫塘能否安全运用其稳定性是关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强、稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。     

我国特高拱坝坝身泄洪消能技术研究与应用

高坝泄洪伴随着能量的传递和释放,时至今日泄水建筑物遭受破坏的实例仍屡见不鲜,高坝泄洪消能是坝工建设与运行的关键技术之一。以2000年以来国内新建的11座特高拱坝(坝高≥200 m)为主要考察对象,其泄洪消能布置和水力指标均居世界前列。在系统总结探讨水垫塘消能评价指标、孔口体型、泄洪消能布置和水力特性的基础上,重点阐明坝身消能的3种典型创新模式:水舌碰撞的二滩模式、水舌不碰撞的锦屏一级模式、水舌碰撞与不碰撞结合的旭龙模式。研究思路和工程应用逐渐从“泄洪消能工程安全”向“泄洪消能工程安全与减轻岸坡泄洪雾化并重”转变,且水垫塘冲击动水压力均<15×9.81 kPa(标准限值)。近20 a特高拱坝建设快速发展极大地推动了该领域的技术进步和泄洪消能模式创新。建议开展复杂边界数值模拟研发、高坝泄洪TDG(总溶解气体)生成与释放过程研究等。     

二滩水电站坝下水垫塘的水力设计

二滩水电站采用坝身泄洪、水垫塘消能方式。本文用模型试验、计算分析和工程类比的方法,对坝下水垫塘的水力设计问题进行了探讨,结果表明,溢流拱坝下游水垫塘的设计是经济合理的,可以满足坝身泄洪消能的要求。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

阿海水电站溢流表孔消能技术优化研究

阿海水电站可研阶段溢流表孔采用Y型传统宽尾墩＋底流消能方式,通过类比国内已建成并成功运行的水电站消能工设计经验,结合阿海水电站泄洪消能特点,基于水力学试验及研究成果,通过消能技术优化和比选,技施阶段拟定了表孔X型宽尾墩＋台阶面＋消力池的泄洪建筑物消能布置形式。在消能技术上,对阿海水电站在龙头水库尚未建成的情况下汛期小流量频繁泄洪、水舌冲击消力池底板、下游河道消能防冲等问题得到了协调解决。     

小湾水电站泄洪建筑物布置优化研究

小湾水电站最大泄流量为20700m^3/s，最大水头约225m，泄洪功率高达46000MW。小湾工程河谷窄、坝高、泄量大，经各设计阶段的多方案比选研究，泄洪消能布置采用5个坝顶溢流表孔、6个坝身中孔和左岸一条泄洪洞，坝后设水垫塘和二道坝，坝身设2个放空底孔的泄洪建筑物布置方案。各泄洪消能建筑物在联合泄洪或单独泄洪情况下，既能达到良好的消能效果，又能保证运行安全稳定。     

杨房沟水电站泄洪消能设计

杨房沟水电站坝址河谷狭窄,洪峰流量大,枢纽最大泄洪功率为10 960 MW,在国内拱坝中处于较高水平.水电站泄洪消能采用“坝身表、中孔泄洪+坝下水垫塘”布置型式.文中通过方案比较,泄洪建筑物采用3个表孔和4个中孔的坝身集中泄洪方案,下游消能建筑物采用水垫塘+二道坝方案.表孔出口采用收缩型式、中孔出口采用收缩型式的宽尾墩.结合泄洪雾化分析,对水垫塘两岸边坡采用混凝土护坡、喷锚支护和排水孔等措施.     

低水头、大单宽流量泄洪消能方式研究

对于具有低水头、大单宽流量、低佛氏数、深尾水以及下游水位落差变幅大等特点的泄洪消能问题,其过流特点是:由于闸下跃前水流的佛汝德数较低,消力池内水垫较深,水流下泄后下游水位对闸室水流和消力池内水流流态影响较大。通过水工模型试验研究,提出了采用淹没式宽尾墩消力池联合消能方式。在闸室末端采用宽尾墩后,水舌沿纵向拉伸扩散,消除和抵消了常规的等宽闸墩情况下出现水跃的来回震荡现象,水流经宽尾墩收缩后,以淹没射流形式进入消力池,池内水流具有三维射流特性,消力池内产生横、纵向扩散和剪切、掺混,加强了消能效果,达到了稳定水跃、分散水流、加强紊动剪切和掺混的目的,较好地解决了下游河床的消能防冲问题。     

下桥水电站拱坝消能防冲设计与初期运行消能效果

龙江下桥水电站拦河拱坝处在背斜轴部，河床岩石破碎，抗冲能力低，厂坝之间相距近，用此前传统单坎式水垫塘，因消能效率低，不利坝基坝肩安全，也不能为电站尾水渠提供良好水力条件。作者重点叙述“三坎式水垫塘”产生的背景、依据与效果；介绍水垫塘结构设计要点与三年来泄洪消能工初期运行情况。