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消力戽

泄水建筑物下游,利用由一个半径较大的反弧和适当的挑角所形成的戽斗。以消减水流能量的措施。在一定尾水深度的条件下,消力戽将下泄的高速水流挑向下游水面,形成戽内、戽后和戽底三个旋滚和一个涌浪,以达到消能防冲的目的,其典型流态见图1。消力戽消能常用于坝后尾水较深(通常大于跃后水深)、变幅较小、无漂运要求,且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。

泄水建筑物下游,利用由一个半径较大的反弧和适当的挑角所形成的戽斗。以消减水流能量的措施。在一定尾水深度的条件下,消力戽将下泄的高速水流挑向下游水面,形成戽内、戽后和戽底三个旋滚和一个涌浪,以达到消能防冲的目的,其典型流态见图1。消力戽消能常用于坝后尾水较深(通常大于跃后水深)、变幅较小、无漂运要求,且下游河床和两岸有一定抗冲能力的情况。消力戽的主要优点是工程量比消力池小,冲刷坑比挑流消能小,且不存在雾化问题。主要缺点是下游水面波动较大,对发电和航运不利,河床及岸坡较易遭受冲刷,底部旋滚容易把下游河床砂石带入戽内、磨损戽面等。

图1 消力戽典型流态示意图

常用的消力戽为实体连续式(图2、a)。其设计的主要内容是:选择合适的反弧半径R、戽坎高度a、挑角θ和戽底高程▽Z,避免下游水位过低时,出现自由挑流造成严重冲刷,以及下游水位过高时急流潜入河床淘刷坝脚。R的选择范围一般为E/R=2.1~8.4,可以参考其他类似工程初步选定,E为从戽底算起的上游能头。a一般取为尾水深度的1/6,高度不够时可沿弧线延长加高。θ通常采用45°或稍小些。戽底高程一般取与下游河床同高。当下泄单宽流量过大时,为了增大戽内旋滚体积,提高消能效果,可在戽底插入一段水平池底,称为戽式消力池(图2、c);也可采用差动式消力戽(图2、b),其缺点是齿坎侧面易发生空蚀,结构复杂。

图2 消力戽型式

消力戽流态随下游水深而变化,设计时一般要求能发生稳定戽流,这时的下游水深应不大于ht2。若允许部分处于淹没戽流区时,则允许下游水深大于ht2,但以不出现潜底戽流为限。ht2为稳定戽流到淹没戽流的界限水深。当ht较小而出现挑流情况时,则应对挑流冲刷进行校核,如不符合要求,则需修改戽底高程、戽体体型和尺寸。由于消力戽的水力条件、流态、各项高程和尺寸的确定,目前还无成熟的计算方法。设计时常须依靠水工模型试验选定。

消力戽于20世纪30年代初在美国大古力坝首次使用,后来日本、印度,南斯拉夫、巴西等国也相继使用。委内瑞拉的古里坝,采用消力戽消能,坝高162米,单宽流量高达310米3·秒-1·米-1。石泉溢流坝是中国首次采用消力戽消能,坝高65米,最大单宽流量为154米3·秒-1·米-1