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从淹没出流视角解析窄缝挑坎理论挑距
魏东
（新疆水利水电学校，新岛鲁木齐830013）
科技论坛
摘要：挑距指的是挑坎顶端至冲刷坑最深点的水平距离，挑流射程为空中射程L与水下射程L的和。从海没出流的角度，分析探讨窄缝消能工挑坎的挑距。
关键调：港没出流：窄缝式挑坎；挑距
1概述
目前，国内有一大批高水头、大泄量、大泄洪功率和大单宽泄洪功率的工程相继兴建，为了寻求既安全又经济的泄洪消能方案，一些新型的消能工得到了研究和推广应用。新型消能工可分为三大类，即收缩式(窄缝挑坎和宽尾墩)，扩散式(大差动挑坎、斜切挑坎及舌型挑坎、短边墙扩散挑坎)、水舌碰撞式、水舌分层跌落式及与水垫塘配合使用。
2窄缝挑坎
窄缝挑坎的消能特性是利用泄水建筑物末端过水段面的急剧收缩，使出射水舌的流线方向沿高程变化，出射角由100度左右连续变化到45度左右，下部水股的挑距较近而上部水舌的挑距较远，整个水舌在纵向和竖向充分扩散，其形状近似鸡尾，水舌落人下游水垫时呈长条形，特别适合狭窄河谷的地形条件。由于水舌的水股出射方向不同，水舌在空中被“撕开”，水舌大量掺气。由射人水垫单位面积上能量减少，加上水舌人水是进一步促使水垫掺气，与常规的等宽挑坎相比，在相同的水力条件下，下游冲坑深度减少1/2~ 2/3。窄缝挑坎的体形根据水力条件和地形、地质条件选择。已在工程中得到应用的体形有：矩形，Y型，对称与不对称的V型。
3挑距估算公式
水利行业标准SL319-2005《混凝土重力坝设计规范》
vsinafcos+voos@/sind+2g(h+h) L =
8
V=A 2gH, (A= 1. 1)
4利用潼没出流计算窄缝挑坎理论挑距
4.1挑流射程计算。挑距指的是挑坎顶端至冲刷坑最深点的水平距离。试验表明，冲刷坑最深点位置大体上在水舌外缘人水点的延长线上。以图1的连续式挑流鼻坎为例，则挑流射程为空中射程 L,与水下射程L的和。
4.2淹没出流 4.2.1空中射程
L, =g**sin 201+
a
as'sin'o
0.055
9=3
k,
(k, = 0.004 ~ 0.15 )
9 = 0.95(k, >0.15) k,
Vg:l
4.2.2水下射程
L
/ge+-
5.cos6
L = L, +L,-e'*'sin26
qal
0.0077 s
(9
= 0.025 ~ 0.25 ) 5
月=-09% (>025)
5
=P +B,
.ssin'o
9 cos6
对于高坝则：s's，a,a
300-电260 载220 180-
上游水位
A
图1窄缝坎挑流水舌拉开计算简图
5工程算例
新疆的某溢流坝坝顶高程245m，窄缝式挑坎坎顶高程185m，挑角20°，下游河床岩基属于Ⅱ类.高程175m，溢流面水平投影长度 70m，设计水位251m，对应的下游水位183m，单宽流量36.81m/(s m)，经过试验研究，窄缝挑坎体型设计合理K,=1.1，§，等于35°，冲坑深23m，试估算挑流射程。
计算挑流射程：对于高坝，
p = 245185 = 60m
3Jp +B,=/60 +7092.2m
0.0077 =1-
gyi（3。） 0.0077
36.810.912 92.2
9, = 0.966g, = 0.881 s's=251-18566m q,a,=185-1832m
因为，23.001m<30m，则：
a
L L, + L,=g'+s'sin 20|1+ J1+
g'·s'sin'?
结束语
ig'@+
4
sco6
=105.8m
本文计算出的结果与试验测算的数据进行对比，其结果和实际运行情况基本吻合，说明可以通过以没出流的观点来估算窄缝挑坎外缘射流抛射距离。但是挑射水流进人下游尾水运动情况很是复杂，很难确切的描述其具体的运动状态，还需要以后进一步的研究
探讨。
参考文献
[1]中国人民共和国电力行业标准,混凝土重力坝设计规范,DL5108 1999
[2]高季章,李桂芬.窄缝式消能工在泄水建筑物应用条件的研究[1] 水利水电技术,1984.
[3]郭子中.消能防冲原理与水力计算[M].北京:科学出版社,1982.
[4]刘宣烈,张文周.空气阻力对挑流水香的影响[]天津大学学报, 1982,26(2):6777
作者简介：魏东（1982，12-)，男，汉族，甘肃率兰县人，讲师，硕士研究生学历，主要从事水利工程教学、研究工作。万方数据