【工程实例】凤滩水电站高低坎

凤滩水电站（图4.74）位于湖南省沅水支流酉水下游，距沅陵县城45km，校核洪水流量为29400m3/s，相应洪水位为209.56m；正常蓄水位为205.00m，相应库容为13.9亿m3；死水位为170.00m，相应库容为3.3亿m3。枢纽工程属一等工程，以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运、过木和养鱼等综合效益。枢纽主要建筑物有混凝土空腹重力坝，坝内厂房，溢洪道，放空兼泄洪底孔，灌溉涵管，过船、过木筏道等。凤滩水电站混凝土空腹重力拱坝最大坝高112.5m，是我国第一座空腹重力拱坝。

图4.74　凤滩水电站高低挑流消能

凤滩水电站溢洪道布置在厂房坝段和溢流坝段上，净宽182m，堰顶高程为193.00m，共有13孔，装有宽14m、高13.13m的弧形钢闸门，最大单宽流量为170m3/（s·m）。为了防止下泄量大时出现水流集中、下游冲刷加剧现象，减少水流及回流淘刷坝脚，并考虑下游水垫浅、地质条件不利、抗冲能力低的情况，采用高低坎挑流消能方式。6孔高坎与7孔低坎相间布置，挑坎高差达28m。低挑坎为连续式，高挑坎为舌式扩散型。泄洪时形成上下两层水流，在横向和纵向碰撞，强烈扰动，扩散掺气，消能效果良好。

【例题】凤滩水电站上游校核水位为209.56m，下游河床高程为115.00m，正常水位为119.00m，最高水位为121.00m，溢洪道净宽182m，堰顶高程为193.00m，共有13孔，每孔最大单宽流量为170m3/（s·m）。采用高低坎挑流消能方式，6孔高坎，7孔低坎，高低坎相间布置，混凝土护面。低挑坎为连续式，高挑坎为舌式扩散型，挑坎高差达28m，低坎溢流段水平投影长80m，请确定低坎挑流鼻坎参数（挑距L与冲坑深本例题从略）。

解：

挑流消能工设计主要包括鼻坎高程、反弧半径、挑角、挑距及冲坑深度等内容（图4.75）。本工程消能鼻坎属于连续式，一般根据规范推荐公式或者经验公式确定。

（1）鼻坎高程。挑流鼻坎的高程，根据建筑物布置、工程结构和水力条件等综合要求确定，一般可略高于下游最高水位1～2m，取鼻坎高程为122.00m，则挑流鼻坎高a=122-115=7（m）。

图4.75　挑流消能示意图

（2）鼻坎反弧半径R。挑坎的反弧半径应结合泄槽的底坡、反弧段的流速、单宽流量等综合考虑，R过大，鼻坎向下游延伸太长，增加工程量；R过小则挑射条件不好，至少应使R≥4h，h为反弧最低点水深。工程实际中SL 253-2000《溢洪道设计规范》推荐采用R=6h～12h。h根据辽宁省水勘院编《中小型水库设计》推荐的式（4.18）计算：(www.daowen.com)

式中：q为单宽流量，此处取170m3/（s·m）；H为堰上水深，此处取H=209.56-193=16.56（m）；P为堰顶与下游河床高差，此处取P=193-115=78（m）；Z为坎顶与出口地面高差，选用正常蓄水位时的下游水位作为溢洪道出口地面高程，此处取Z=122-119=3（m）；φ为流速系数。

推荐采用经验公式计算φ：

式中：P0为堰顶高程与坎顶高程之差，此处取P0=193-122=71（m）；B0为溢流区的水平投影，80m。

计算得

S0=107m

φ=0.90

h=4.36m

R=（6～12）h=26.14～52.31m，取R=40m

（3）鼻坎挑角。根据DL 5166-2002《溢洪道设计规范》规定，挑坎挑角一般为15°～35°，可取挑坎挑角25°。