【摘 要】我國水電水利工程在排洪方面的主要特點是高水位、大流量、泄流功率大等。 所以泄流安防方面的出現(xiàn)問題十分明顯。文中探討了在大壩泄流震蕩控制、泄流釋能安保、泄流霧化安保、泄流安全預警混氣減腐等方面理論研究的進展， 指出了關于泄流安全性的技術途徑， 可供有關工程技術人員作為研究參考。

【關鍵詞】大壩泄流；釋能；安全預警

近二十年來一批三百米左右的大壩或超大壩在水能資源儲備較多的西部地區(qū)相繼開始建設。這些工程在泄流釋能方面面臨的問題主要是流量猛、水位高、河谷狹長、泄流功率大、地質(zhì)條件特別紛亂等， 這自然增加了泄流釋能方面問題解決的難度。已成為當前水電水利工程的策劃與運行安全的控制因素。跟國外目前已有大壩的泄流功耗和泄流流量相比， 中國的策劃跟在建中的大壩都已超過目前世界最領先水平、居領先地位。

1.釋能安保

大壩泄流中最常見的形式為下游釋能水塘安保布局被破壞。提高大壩泄流釋能維護安全性的策劃措施主要是：（1）優(yōu)化泄流布置，分散洪流能量，提高釋能率，減少負載；（2）優(yōu)化布局策劃， 提高構(gòu)造抗力。

1.1優(yōu)化泄流布置

目前，我國高拱壩在泄流釋能方面多結(jié)合下游水塘的泄流釋能形式選擇深層跌流等方面聯(lián)合泄流方式，為了減輕下大壩泄洪流會對水基板造成的洪流沖擊壓力，就需要須盡量減小入射洪流沖擊在水塘上的集中強度。多選擇壩身深洞挑流、泄流表洞大差，使下泄洪流被橫向散射，縱向分層拉開，使洪流在空中相互撞擊，用來減少泄流對水塘的沖擊力。也能夠采用深洞窄縫挑坎寬尾墩的形式，使下泄流流形成窄長的深洞洪流動態(tài)，深洞和表洞洪流在空中互相穿插下泄，該過程中不斷發(fā)生碰撞，有利于降低泄流時霧化的強度，能夠促使水塘基板沖擊動壓減小。

1.2優(yōu)化釋力塘安保布局

大壩下游的釋力塘安保布局形式主要包括：反拱基板、平基板、護坡不護底等。大壩的釋力塘的基板被破壞的實例較多，練繼建等人研究了各種大壩安保布局的破壞模式。還包括基板塊斷裂破壞的新破壞模式結(jié)合拉西瓦、向家壩等工程的釋力塘模型試驗，得出的沖擊壓強、點脈動壓強、上舉力的統(tǒng)計量化關系可供策劃參考。

基于粘結(jié)滑移理論，non-linear接觸理論，練繼建等人研究出一種non-linear耦合靜動力分析方法，模擬大壩錨固鋼筋產(chǎn)生的粘結(jié)滑移，釋力塘和基板之間的接縫以及拱座、基板、基巖和邊坡間的接觸面， 能夠反饋釋力塘反拱基板與失穩(wěn)機制的受力特點。該模型對反拱釋力塘布局在動力負載或靜力負載下的non-linear耦合響應進行分析。[1]

2.泄流顛簸控制

2.1泄流顛簸模擬試驗與原型勘查驗證

大壩排水布局全水彈性試驗模擬指的是能夠全方位模擬布局體系動力特性、水動力特性及洪流布局耦合動力效應的試驗模擬， 即洪流動力負載、水體、布局、基礎四位一體的耦合動力系統(tǒng)的模擬。

進行大壩排水布局全水彈性試驗的理論基礎是洪流動力負載洪流脈動壓力近似律， 其中洪流脈動頻率壓力近似律是近似理論研究中理論難題。通過模型原型對比與系列比尺模型試驗分析說明脈動壓力頻譜與重力近似律相符合。

研究各類重大排水布局可采用采用全水彈性模型試驗（水工閘門、高薄拱壩、導墻、溢流廠房等） 的顛簸響應特性和流固耦合模態(tài)特性。運用全水彈性模型能夠模擬附屬布局、水體等對排水布局模態(tài)特性的影響， 基于水彈性模型對排水布局的模態(tài)參數(shù)進行測試識別， 能夠揭示出排水布局的耦合動力系統(tǒng)模態(tài)特性。

2.2泄流顛簸響應分析與排水布局優(yōu)化策劃

在對大壩排水布局耦合力響應的研究中，關鍵是正確認識洪流脈動負載時空相關特性，來提高大壩排水布局的流激顛簸響應方面的預測精確度；練繼建等把遺傳算法與耦合顛簸理論相結(jié)合，提出了排水布局顛簸的響應以及振源的反饋分析法，能夠反饋分析各激振源負載的外延和修正、整體特征試驗結(jié)果，實現(xiàn)利用有限的動力響應的實測值來反映出布局的整體動力響應場與最大值。

2.3基于泄流共振響應的排水構(gòu)造損傷的動態(tài)檢測診斷

隨著我國大量大型的水利水電工程的建成運行，對重大排水布局動態(tài)檢測診斷技術的需求也顯得日益迫切。以大壩排水布局的工作環(huán)境紛亂的特點出發(fā)，近年來我國提出了基于排水激勵奇異熵定階降噪的排水布局顛簸模態(tài)ERA的損傷評估方法與識別方法，建立了排水布局安全動態(tài)診斷檢測系統(tǒng)，以及排水布局的模態(tài)參數(shù)。

3.泄流霧化安保

水電站泄流時，會在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生特大濃霧或降雨，對樞紐電站設備和建筑物的正常運轉(zhuǎn)、周圍環(huán)境、交通安全、以及邊坡穩(wěn)定等產(chǎn)生嚴重影響，所以泄流霧化安保是水利水電工程的關鍵技術之一。泄流霧化是一種非常紛亂的水汽二相流，其運動方式既受泄流流量、水頭和泄流方法的影響， 又受當?shù)氐匦?、氣象氣候等條件的制約，涉及到空氣動力學水力學、和降水物理學等諸多學科問題。不管是原型勘查，還是數(shù)值模擬或者物理模型試驗都是有很大難度的。[2]

4.摻氣減蝕

泄水建筑往往在高速洪流作用下容易發(fā)生空蝕破壞現(xiàn)象，在工程中一般會采用強迫摻氣減蝕的方法，近年來，在對摻氣減蝕設備防回水、防止側(cè)墻摻氣減蝕等設備的研究取得了一定的進展 。以往在維護過流面基板時往往會忽視其側(cè)墻。為了減輕低壓區(qū)域和高流速區(qū)域的側(cè)墻產(chǎn)生空化空蝕，開發(fā)新的側(cè)墻摻氣減蝕技術。實踐證明，如果反弧段摻氣坎的空氣如果受到反弧段離心力的影響，里面的氣泡就會加速上浮，達到反弧末端的時候摻氣濃度已經(jīng)降得很低，而此時反弧段下面自摻氣向全深水尚不充分散射，導致反弧段后面就很容易出現(xiàn)清水三角區(qū)。反弧末端如果采用側(cè)墻貼角就能夠形成側(cè)空腔來進行側(cè)摻氣， 即使有較小的側(cè)空腔，也能夠顯著改善反弧段下方的近壁摻氣效果， 有削減原邊墻清水區(qū)。

5.安全監(jiān)測與預警

提高泄水建筑物安全性的包括是通過變更泄水建筑物的策劃理念， 做好其安全儲備工作；實施有效的科學診斷、安全監(jiān)控、及時預警， 盡量避免災難性的安全事故發(fā)生。以往主是以優(yōu)化泄水建筑物的策劃來提高建筑安全性，現(xiàn)在是依靠對水工模型的試驗數(shù)據(jù)并利用數(shù)學模擬的成果來提高安全性。水工模型試驗數(shù)據(jù)近似率有時候與工程實際存在有一定偏差。目前仍急需通過原型、模型的綜合試驗數(shù)據(jù)來反饋、對比析來深入探索、鉆研、討論近似率的問題對泄流安全與各水力要素之間的影響。水電站在策劃初的工作一般是選擇特定的水位流量下的水力學問題進行研討工作，但其結(jié)果難以具體反映出工程在實際的運行中可能會發(fā)生的不利狀況。[3]

6.結(jié)束語

目前我國依然有大批的世界級的大壩水利水電工程正在準備建設中，水力學理論技術的發(fā)展水平與我國大壩工程對經(jīng)濟性與安全性的要求仍有許多差距。還迫切需加強三個方面的研究：一是在目前大壩工程針對特殊洪流的機理與計算方法的研究。二是關于繼續(xù)進行大壩泄流新技術的開發(fā)。三是針對大壩排水的布局，使用過程中的動態(tài)監(jiān)測、評價、診斷、控制和預警提出新的理論與技術要求。

【參考文獻】

[1]李乃穩(wěn)，許唯臨，周茂林，田忠.高拱壩壩身表孔和深孔水流無碰撞泄洪消能試驗研究[J].水利學報，2008（08）.

[2]楊弘，練繼建，馮永祥，王鋒輝.高壩水墊塘泄洪安全實時監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].水力發(fā)電學報，2008（03）.

[3]練繼建，李松輝.基于支持向量機和模態(tài)參數(shù)識別的導墻結(jié)構(gòu)損傷診斷研究[J].水利學報，2008（06）.