HYDROPLUS的設計

2004年8月水利水電快報EWRHI第25卷第16期水工建筑物文章編號:1006-0081( 2004 )16-0016-04HYDROPLUS的設計.摘要:Hydroplus是-種自潰閘門(mén)系統。它由-組安置在溢洪道底檻上的獨立單元構成當發(fā)生規定量級的洪水時(shí)這些單元開(kāi)始按預定的順序傾覆而不致使大壩遭受漫頂的危險。重現期主要根據預測的潰壩后果設定。關(guān)鍵詞:自潰閘門(mén)系統結構設計經(jīng)濟效益可靠性，安全分析中圖分類(lèi)號:TV651. 15文獻標識碼A在進(jìn)行大壩溢洪道設計時(shí)必須對以下方案進(jìn)行受阻礙地自由泄洪。比較后作出選擇:(1)自流式溢洪道的優(yōu)點(diǎn)是運行絕對可靠缺設計說(shuō)明點(diǎn)是相對于壩高的有效庫容的損失可達到滿(mǎn)庫容的HYDROPLUS設計基于如下過(guò)程:1/3.(2 )閘控溢洪道的優(yōu)點(diǎn)是大壩運行可達到滿(mǎn)庫(1 )獨立式單元并排布置在溢洪道底檻上形成一道不透水擋水屏障;容只有在打開(kāi)閘門(mén)時(shí)才泄洪缺點(diǎn)是閘門(mén)由于機械(2)每個(gè)單元靠在下游邊緣的小支座上。每個(gè)故障、失去電源或誤操作經(jīng)常發(fā)生事故。如果在洪水期間不能開(kāi)啟任何閘門(mén)則大壩安單元配有配重,以抵抗靜水壓力;全將受到威脅(閘控大壩失事的30%是由于閘門(mén)打(3)設置排水孔以排走沿底面的任何滲水;(4)當上游水位達到高于每個(gè)單元頂部的特定不開(kāi))此外如果在正常運行期間,任何閘門(mén)誤開(kāi),下水位時(shí)進(jìn)水口豎管允許水進(jìn)入底面。泄的人為洪水可能危及下游居民的生命和財產(chǎn)。這些單元一起形成了HYDROPLUS自潰閘門(mén)。當庫水位高于進(jìn)水豎管上口邊緣時(shí),水就通過(guò)對此問(wèn)題已進(jìn)行了以下研究:( 1 )試圖使閘門(mén)的運行更可靠,但是盡管制造豎管進(jìn)入底板下面。當排水孔不能排走全部滲流廠(chǎng)家精心設計制造閘門(mén)事故的風(fēng)險仍不能完全排時(shí)在自潰閘門(mén)下面的壓力開(kāi)始，上升最后使其脫離底檻傾覆水流速度超過(guò)3 m/s時(shí)將其沖向下游。除且往往被低估;(2 )創(chuàng )造新的控制系統,如擋水閘板、自潰式自潰閘門(mén)的進(jìn)水豎管上緣可設置在不同高度。堤、充氣堰等;但是盡管試驗了幾十年，沒(méi)有哪種方這是當上游水位繼續.上升時(shí)控制閘i門(mén)]傾覆次序的一種精確方法。案完全令人滿(mǎn)意。Hydroplus系統試圖結合閘控和自流式溢洪道因此HYDROPLUS設計可保證:( 1 )小洪水和中等洪水能翻過(guò)擋水閘板下泄;的優(yōu)點(diǎn)而避開(kāi)其缺點(diǎn)來(lái)解決這個(gè)難題。Hydroplus是一種自潰閘門(mén)系統。 它由一組安(2)大洪水能按逐漸脫離溢洪道底檻傾倒的擋置在溢洪道底檻上的獨立單元構成,當 發(fā)生規定量水單元所需的個(gè)數通過(guò)不斷增大開(kāi)口下泄。中國煤化工級的洪水時(shí)這些單元開(kāi)始按預定的順序傾覆這僅FYHCNMHG]傾覆的洪水重現期足僅是.上游水位增加的結果,以致于最終整個(gè)底檻不夠長(cháng)(20~200a，或者如業(yè)主要求的話(huà)還可更長(cháng)),收稿日期2004-05-08.HYDROPLUS的設計以致該系統在足夠長(cháng)時(shí)期內正常運行所得到的效益宮形堰頂,可降低堰頂水頭下泄中等洪水。已開(kāi)發(fā)大大超過(guò)因失去第-個(gè)閘門(mén)門(mén)單元帶來(lái)的不便和相應的迷宮堰的長(cháng)度約為混凝土底檻長(cháng)度的3倍。的水損失;水斗高度通常為1~6.5m ,視要求而定。通(2)如果發(fā)生設計洪水(或安全評估流量),所常水斗高度相當于在沒(méi)有自潰閘i門(mén)時(shí)底檻以上最有的單元能足夠早地傾覆,以防止庫水位超過(guò)最高大洪水水深的40% ~ 80%。水位;已有2個(gè)標準的寬/高比。(3)對于處于兩種極端情況之間的洪水,這些迷宮形自潰閘門(mén)由鋼或混凝土制成或者鋼制擋水單元按設計的順序依次傾覆,以防下泄流量突水斗和混凝土壓力室相結合而成。進(jìn)水井總是用鋼然增加。制成。所有鋼制部件均經(jīng)過(guò)抗腐蝕保護處理。由于其固有的靈活性，這種設計可應用于許多重型自潰閘[門(mén)和安裝在交通不便的壩址的自潰現有的大壩:閘門(mén)可預制成水斗和進(jìn)水井部件,在溢洪道底檻.上(1)利用自由式溢洪道能回收年溢洪量的直接組裝。80%利用這種方式增加大壩的有效庫容,而不會(huì )提2.1.2 直線(xiàn)堰頂自潰閘門(mén)TM高最高水位;有3種直線(xiàn)堰頂自潰閘門(mén):(2)在安裝HYDROPLUS自潰閘門(mén)之前降低設計這些單元旨在承受自潰閘門(mén)堰頂上的高水溢洪道堰頂高程以提高溢洪道安全度而不犧牲庫頭。對于這樣高的水頭,迷宮堰頂的效率下降,因容。將這兩種效益相結合并改善防洪大壩的性能是此簡(jiǎn)單的直線(xiàn)堰頂更實(shí)用。直線(xiàn)堰頂自潰閘門(mén)可可能的其辦法是大大降低經(jīng)常性洪水期間的溢洪做成合適的形狀以得到最佳流量系數通常由在現量同時(shí)增加溢洪道容量(在某些情況下增加50%場(chǎng)澆筑的實(shí)體混凝土構成。它們可以造得很大(20m寬)當溢流水頭高達堰體高度的4倍時(shí)仍能~ 100% ) ,有時(shí)還增加了庫容。這種設計可應用于所有新建的大壩無(wú)論大小,保持穩定。進(jìn)水井用混凝土或鋼制成。通過(guò)降低施工投資和增加運行安全性來(lái)優(yōu)化設計。2.1.3過(guò)冰( 嚴寒環(huán)境)自潰閘門(mén)TM尤其是HYDROPLUS系統能用來(lái)減小溢洪道底檻設計這些自潰閘門(mén)是為了適應嚴寒的氣候條.長(cháng)度和壩高。件;閘門(mén)上游面的形狀特殊表面特別光滑,以減少HYDROPLUS設計得到的實(shí)用自潰式閘門(mén)系過(guò)冰時(shí)的摩阻力和對閘門(mén)的磨損。這些高穩定性的統具有許多益處:自潰閘門(mén)]用鋼或混凝土制成。(1)通用性;2.1.4 緊急自潰閘門(mén)TM(2)安裝費用經(jīng)濟速度高;設計緊急自潰閘門(mén)是為了在漫頂前或就在剛剛(3)檢查和維護工作量最小;漫頂時(shí)使其傾覆。這種閘門(mén)用作極大洪水事件或閘(4)安全可靠性。門(mén)故障時(shí)常規閘[門(mén)的后備。也可將其用于將大洪水分洪至沿河的分洪區,以保護其河岸。閘門(mén)高度為2 HYDROPLUS@系 統的通用性1~10m通常包括2個(gè)矩形的鋼制或預制的擋水自潰閘門(mén)并排布置相互之間有止水縫。每扇板。自潰閘門(mén)由3部分構成擋水結構、底面上的壓力室2.2進(jìn)水井和進(jìn)水豎管進(jìn)水井)這些部件的每一件均可做成不同的體形以滿(mǎn)足特殊要求。鋼制進(jìn)水井通常與水斗或直線(xiàn)形堰頂結構結合成-體。其頂部擴大成喇叭狀用鋼筋支撐一個(gè)抬2.1擋水結構 .升式蓋。它的位置有助于向水舌摻氣,這對高泄水擋水結構可有不同形狀的溢洪堰頂。水位中國煤化工2.1.1 迷宮堰頂式自潰閘門(mén)TM“YHC N M H G很高的自潰閘門(mén),可將采用水斗形狀,以形成-一個(gè)迷宮形堰頂使其溢進(jìn)水井與通氣孔相結合,以控制水舌振動(dòng)。流水舌可達到自潰閘門(mén)]高度的30% ~ 50%。自潰閘門(mén)上的進(jìn)水井形狀和位置及其進(jìn)水喇叭水斗開(kāi)口朝向上游。多個(gè)水斗排列形成-個(gè)迷口的設計要獲得最優(yōu)的水流條件。17●2004年8月水利水電快報EWRHI第25卷第16期(3 )自潰閘門(mén)的傾倒沖失不會(huì )對工程經(jīng)濟產(chǎn)生2.3壓力室和底檻負面影響。( 1 )鋼或混凝土壓力室位于一個(gè)平坦而光滑的若按傾覆重現期內很長(cháng)的時(shí)段分期償還其更.混凝土底檻上。與底檻結合成-整體的混凝土或鋼換費用通常不大。已傾覆的自潰閘門(mén)被水流沖到下支座凸緣將自潰閘門(mén)的靜水推力傳遞到溢洪道。壓游,它們被認為是- -次性耗用材料。力室的.上游緣有-條止水，以防止水庫的水進(jìn)入在業(yè)主要決定引起自潰閘i]傾覆的洪水重現期,壓力室的其余部分與溢洪道底檻之間設有適當的接以?xún)?yōu)化工程成本實(shí)效( 20 a、200 a或500a一遇洪觸界面。水決定于工程和地區)如果選擇短重現期,也許(2)在特殊情況下,如果因技術(shù)問(wèn)題難以降低在一個(gè)世紀內,很少有自潰閘門(mén)傾覆。因為顯然洪底檻高度時(shí),可將壓力室做成適當的形狀以便與標水可能頻繁發(fā)生但水庫部分騰空,因此洪水可攔蓄準反弧形堰頂剖面相匹配。但是如可行的話(huà)稍許在水庫中。降低底檻,可更簡(jiǎn)單地得到類(lèi)似的水力性能。在自潰閘門(mén)用于增加溢洪道的溢洪能力的特殊(3)另一方面,也可將各自潰閘門(mén)進(jìn)水井一起情況下重現期經(jīng)常超過(guò)100 ao布置在豎井中并設在溢洪道導流墻中而不是安裝因此,該系統的總體壽命通常比對意外損失或在各個(gè)自潰閘門(mén)上。在這種情況下埋設在底檻中老化更敏感的其他系統的壽命長(cháng)得多。的管道將水從進(jìn)水井弓|到底部壓力室。這種解決辦最好是縮短第1個(gè)傾覆重現期,以使水庫庫容法使自潰閘門(mén)]的溢流堰頂不受阻礙,并使觸發(fā)水位的增加最大。在這種情況下建議在壩址現場(chǎng)準備控制更加精確在某些情況下還使其可調整觸發(fā)水1~2個(gè)備用自潰閘門(mén)作為洪水消退后馬上更換之位。用。在某些情況下，讓底檻設置在2個(gè)不同的高程(4)一個(gè)自潰閘門(mén)]的傾斜可通過(guò)埋在混凝土底處并使自潰閘門(mén)有適當的高度高度較小的閘門(mén)先檻中的管道允許水進(jìn)入第2個(gè)壓力室,從而激發(fā)相旋轉這樣可使水量損失最少。鄰的自潰閘門(mén)。(5)底檻可做成階梯形第1批傾覆的自潰閘4檢 查和維修門(mén)設置在高程最高處。如果業(yè)主已決定采用較短的閘門(mén)傾覆重現期則這種布置可限制水量損失。與其他溢洪道控制系統不同,在大洪水期間操(6)自潰閘門(mén)在稍作修改之后可以成圓形布置作時(shí)不需要電力或機械動(dòng)力。因此檢查和維護工作量最少。在喇叭形溢洪道上。對每個(gè)工程為了使工地的特定要求具體化通2.4配重過(guò)與業(yè)主協(xié)商制訂出檢查指南。檢查很簡(jiǎn)單無(wú)需自潰閘門(mén)的整體穩定性是在設計中考慮其形狀專(zhuān)門(mén)培訓是作為大壩通常例行檢查的組成部分。和建筑材料而確定的。唯一要求的例行責任是:配重是額外加重的材料,用于精確控制各扇自( 1 )定期檢查確認排水孔和進(jìn)水井不堵塞;潰閘門(mén)傾覆所需的壓力。其主要目的是控制自潰閘(2)在10a大壩檢查期間檢查壓力室的情況門(mén)傾覆的次序。(必要時(shí)抬高自潰閘門(mén)的前部)配重可采用混凝土、鋼或鑄鐵塊。必要時(shí)要作下列工作:( 1 )維護鋼部件控制銹蝕;3系 統的經(jīng)濟性(2)更換橡膠止水。該系統的通用性使其能根據業(yè)主的要求,以最5可 靠性和安全性低廉的費用適用于每種情況。(1 )底檻制作簡(jiǎn)單在大多數情況下，設一個(gè)平中國煤化工大的安全余量,但是,坦的水平表面用于安置自潰閘門(mén);設i.MYHC N M H G況下決不會(huì )使大壩下游(2)自潰閘門(mén)安裝快速，安裝高度為3 m的自的生命和財產(chǎn)受到危害。因此要對每個(gè)單獨的工潰閘門(mén)只需幾天，安裝高度為6. 5 m的只需幾個(gè)星.程分析危險情況的影響。期;尤其是以下2個(gè)安全水位影響著(zhù)自潰閘門(mén)的設.8.HYDROPLUS的設計計:室的試驗,審查了沖擊、波浪和飄浮物的影響結果( 1 )極限穩定水位超過(guò)該水位時(shí),自潰閘門(mén)僅表明這些因素對系統的影響非常少。在靜水壓力的作用下,無(wú)需揚壓力參與即可傾覆。設計人員保證即使這樣的事件就在自潰閘門(mén)旋計算每個(gè)自潰閘門(mén)的有限穩定水位,即使某些或全轉之前發(fā)生,它們也不會(huì )觸發(fā)其他自潰閘門(mén)同時(shí)傾部進(jìn)水井堵塞也能確保不危及大壩安全。覆。對進(jìn)水井高度之差和配重差作了相應的計算。(2 )最低傾覆水位低于該水位時(shí),即使在壓力(2)在加拿大紐芬蘭,圣 約翰的國家研究院海室中有最大的揚壓力,自潰閘門(mén)也不會(huì )傾覆。洋動(dòng)力學(xué)研究所對冰的問(wèn)題作了專(zhuān)題研究。在這兩種主要故障的情況下,其安全特性是在溫帶氣候的高山壩址處在大多數時(shí)間里將HYDROPLUSB設計所特有的其他系統則不具備。冬季水庫運行水位設定在低于自潰閘[門(mén)的底部不會(huì )(3)審查了每個(gè)工程的地震影響。在沒(méi)有出現有任何妨礙。大洪水的情況下,自潰閘門(mén)的穩定裕度通常足以防在寒冷季節必須針對各種情況進(jìn)行相應檢查,止由地震所引發(fā)的問(wèn)題。而且特大洪水在一個(gè)世使其能抵御冰的壓力而不致?lián)p壞,甚至可可采用特紀中的總歷時(shí)只有幾十小時(shí),，同時(shí)發(fā)生地震的概率殊的過(guò)水自潰閘門(mén)。大大低于設計洪水超越概率。對所有其他可能想到的問(wèn)題都作了考慮,因此,馬元挺譯 自《國際水綜述》該系統是在逐一考慮這些情況的基礎上設計的:趙樹(shù)湘(編輯劉忠清)(1 )參考法國和其他一些國家著(zhù) 名水力學(xué)實(shí)驗*.....*....................................................................*.(上接第10頁(yè))要職責應是負責協(xié)調解決流域治理開(kāi)發(fā)中的重大3對 我國流域水協(xié)作管理的幾點(diǎn)具體建議問(wèn)題監督、檢查流域水資源管理工作并行使國務(wù)院授予的其他職權。水資源的多功能性與流域性對經(jīng)濟社會(huì )的保障在現階段也可采取循序漸進(jìn)的方式,在流域范，作用的共通性要求我國的流域管理應高度重視并圍內成立較為松散的流域水協(xié)作組織,并形成相應借鑒國際流域管理的經(jīng)驗教訓。筆者對我國流域水的機制建立相應的制度。協(xié)作管理提出如下幾點(diǎn)具體建議:3.3將現有的流域管理機構改組為流域水資源協(xié)3.1在國家涉水部門(mén)之間 建立部際水協(xié)作機制調(管理委員會(huì )的辦事機構解決現今存在的條條"之間的矛盾,實(shí)現水資經(jīng)改組后流域管理機構在流域協(xié)調(管理)倭源權屬管理與開(kāi)發(fā)利用管理分開(kāi)。由水行政主管部員會(huì )的領(lǐng)導或指導下通過(guò)具體地工作促成實(shí)現水門(mén)代表國家行使水資源權屬管理，,開(kāi) 發(fā)利用部門(mén)只資源按流域進(jìn)行統-管理,實(shí)現水量與水質(zhì)統- -管負責水資源的開(kāi)發(fā)利用及其管理不負責水的權屬理;促成國家建立以流域為單元對水資源實(shí)行統一管理。規劃、統一調配、統--監督管理的體制。3.2成立流域協(xié)調( 管理委員會(huì )3.4成立流域用水協(xié) 會(huì )類(lèi)協(xié)調組織重在解決現今存在的塊塊”之間的矛盾，實(shí)現水資源的流域綜合的統-管理。大江大河盡早建立建立有效的參與機制使包括各類(lèi)用水者在內綜合性、高規格的流域水資源協(xié)調(管理)委員會(huì )。的流域眾多利益相關(guān)者的意見(jiàn)能夠得到充分的反映該委員會(huì )由國務(wù)院有關(guān)部門(mén)、有關(guān)省政府和流域管和協(xié)調。理機構負責人及用水戶(hù)代表組成委員會(huì )的主任由中國煤化工(編輯周惟道)國務(wù)院領(lǐng)導兼任。該委員會(huì )屬非常設性組織其主MHCNMHG19