2004年8月水利水電快報(bào)EWRHI第25卷第16期水工建筑物文章編號(hào):1006-0081( 2004 )16-0016-04HYDROPLUS的設(shè)計(jì).摘要:Hydroplus是-種自潰閘門(mén)系統(tǒng)。它由-組安置在溢洪道底檻上的獨(dú)立單元構(gòu)成當(dāng)發(fā)生規(guī)定量級(jí)的洪水時(shí)這些單元開(kāi)始按預(yù)定的順序傾覆而不致使大壩遭受漫頂?shù)奈ｋU(xiǎn)。重現(xiàn)期主要根據(jù)預(yù)測(cè)的潰壩后果設(shè)定。關(guān)鍵詞:自潰閘門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益可靠性，安全分析中圖分類號(hào):TV651. 15文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A在進(jìn)行大壩溢洪道設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)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(yùn)行絕對(duì)可靠缺設(shè)計(jì)說(shuō)明點(diǎn)是相對(duì)于壩高的有效庫(kù)容的損失可達(dá)到滿庫(kù)容的HYDROPLUS設(shè)計(jì)基于如下過(guò)程:1/3.(2 )閘控溢洪道的優(yōu)點(diǎn)是大壩運(yùn)行可達(dá)到滿庫(kù)(1 )獨(dú)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(jī)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(shè)置排水孔以排走沿底面的任何滲水;(4)當(dāng)上游水位達(dá)到高于每個(gè)單元頂部的特定不開(kāi))此外如果在正常運(yùn)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(cái)產(chǎn)。這些單元一起形成了HYDROPLUS自潰閘門(mén)。當(dāng)庫(kù)水位高于進(jìn)水豎管上口邊緣時(shí),水就通過(guò)對(duì)此問(wèn)題已進(jìn)行了以下研究:( 1 )試圖使閘門(mén)的運(yùn)行更可靠,但是盡管制造豎管進(jìn)入底板下面。當(dāng)排水孔不能排走全部滲流廠家精心設(shè)計(jì)制造閘門(mén)事故的風(fēng)險(xiǎn)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(tǒng),如擋水閘板、自潰式自潰閘門(mén)的進(jìn)水豎管上緣可設(shè)置在不同高度。堤、充氣堰等;但是盡管試驗(yàn)了幾十年，沒(méi)有哪種方這是當(dāng)上游水位繼續(xù).上升時(shí)控制閘i門(mén)]傾覆次序的一種精確方法。案完全令人滿意。Hydroplus系統(tǒng)試圖結(jié)合閘控和自流式溢洪道因此HYDROPLUS設(shè)計(jì)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(tǒng)。 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(dú)立單元構(gòu)成,當(dāng) 發(fā)生規(guī)定量水單元所需的個(gè)數(shù)通過(guò)不斷增大開(kāi)口下泄。中國(guó)煤化工級(jí)的洪水時(shí)這些單元開(kāi)始按預(yù)定的順序傾覆這僅FYHCNMHG]傾覆的洪水重現(xiàn)期足僅是.上游水位增加的結(jié)果,以致于最終整個(gè)底檻不夠長(zhǎng)(20~200a，或者如業(yè)主要求的話還可更長(zhǎng)),收稿日期2004-05-08.HYDROPLUS的設(shè)計(jì)以致該系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)正常運(yùn)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(yīng)的迷宮堰的長(zhǎng)度約為混凝土底檻長(zhǎng)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(shè)計(jì)洪水(或安全評(píng)估流量),所常水斗高度相當(dāng)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(kù)水位超過(guò)最高大洪水水深的40% ~ 80%。水位;已有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的寬/高比。(3)對(duì)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(shè)計(jì)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(jié)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(hù)處理。由于其固有的靈活性，這種設(shè)計(jì)可應(yīng)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(xiàn)有的大壩:閘門(mén)可預(yù)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(kù)容,而不會(huì)提2.1.2 直線堰頂自潰閘門(mén)TM高最高水位;有3種直線堰頂自潰閘門(mén):(2)在安裝HYDROPLUS自潰閘門(mén)之前降低設(shè)計(jì)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(kù)頭。對(duì)于這樣高的水頭,迷宮堰頂?shù)男氏陆?因容。將這兩種效益相結(jié)合并改善防洪大壩的性能是此簡(jiǎn)單的直線堰頂更實(shí)用。直線堰頂自潰閘門(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(shù)通常由在現(xiàn)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(gòu)成。它們可以造得很大(20m寬)當(dāng)溢流水頭高達(dá)堰體高度的4倍時(shí)仍能~ 100% ) ,有時(shí)還增加了庫(kù)容。這種設(shè)計(jì)可應(yīng)用于所有新建的大壩無(wú)論大小,保持穩(wěn)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(yùn)行安全性來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。2.1.3過(guò)冰( 嚴(yán)寒環(huán)境)自潰閘門(mén)TM尤其是HYDROPLUS系統(tǒng)能用來(lái)減小溢洪道底檻設(shè)計(jì)這些自潰閘門(mén)是為了適應(yīng)嚴(yán)寒的氣候條.長(zhǎng)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(shè)計(jì)得到的實(shí)用自潰式閘門(mén)系過(guò)冰時(shí)的摩阻力和對(duì)閘門(mén)的磨損。這些高穩(wěn)定性的統(tǒng)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(fèi)用經(jīng)濟(jì)速度高;設(shè)計(jì)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(hù)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(guī)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(qū),以保護(hù)其河岸。閘門(mén)高度為2 HYDROPLUS@系 統(tǒng)的通用性1~10m通常包括2個(gè)矩形的鋼制或預(yù)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(gòu)成擋水結(jié)構(gòu)、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足特殊要求。鋼制進(jìn)水井通常與水斗或直線形堰頂結(jié)構(gòu)結(jié)合成-體。其頂部擴(kuò)大成喇叭狀用鋼筋支撐一個(gè)抬2.1擋水結(jié)構(gòu) .升式蓋。它的位置有助于向水舌摻氣,這對(duì)高泄水擋水結(jié)構(gòu)可有不同形狀的溢洪堰頂。水位中國(guó)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(jié)合,以控制水舌振動(dòng)。流水舌可達(dá)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(shè)計(jì)要獲得最優(yōu)的水流條件。17●2004年8月水利水電快報(bào)EWRHI第25卷第16期(3 )自潰閘門(mén)的傾倒沖失不會(huì)對(duì)工程經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生2.3壓力室和底檻負(fù)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(xiàn)期內(nèi)很長(zhǎng)的時(shí)段分期償還其更.混凝土底檻上。與底檻結(jié)合成-整體的混凝土或鋼換費(fèi)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(rèn)為是- -次性耗用材料。力室的.上游緣有-條止水，以防止水庫(kù)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(xiàn)期,壓力室的其余部分與溢洪道底檻之間設(shè)有適當(dāng)?shù)慕右詢?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(qū))如果選擇短重現(xiàn)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(jì)內(nèi),很少有自潰閘門(mén)傾覆。因?yàn)轱@然洪底檻高度時(shí),可將壓力室做成適當(dāng)?shù)男螤钜员闩c標(biāo)水可能頻繁發(fā)生但水庫(kù)部分騰空,因此洪水可攔蓄準(zhǔn)反弧形堰頂剖面相匹配。但是如可行的話稍許在水庫(kù)中。降低底檻,可更簡(jiǎn)單地得到類似的水力性能。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(xiàn)期經(jīng)常超過(guò)100 ao布置在豎井中并設(shè)在溢洪道導(dǎo)流墻中而不是安裝因此,該系統(tǒng)的總體壽命通常比對(duì)意外損失或在各個(gè)自潰閘門(mén)上。在這種情況下埋設(shè)在底檻中老化更敏感的其他系統(tǒng)的壽命長(zhǎng)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(xiàn)期,以使水庫(kù)庫(kù)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(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備控制更加精確在某些情況下還使其可調(diào)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(shè)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(dāng)?shù)母叨雀叨容^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(zhuǎn)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(shè)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(xiàn)期則這種布置可限制水量損失。與其他溢洪道控制系統(tǒng)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(jī)械動(dòng)力。因此檢查和維護(hù)工作量最少。在喇叭形溢洪道上。對(duì)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(wěn)定性是在設(shè)計(jì)中考慮其形狀專門(mén)培訓(xùn)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(zé)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(rèn)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(hù)鋼部件控制銹蝕;3系 統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性(2)更換橡膠止水。該系統(tǒng)的通用性使其能根據(jù)業(yè)主的要求,以最5可 靠性和安全性低廉的費(fèi)用適用于每種情況。(1 )底檻制作簡(jiǎn)單在大多數(shù)情況下，設(shè)一個(gè)平中國(guó)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(shè)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(cái)產(chǎn)受到危害。因此要對(duì)每個(gè)單獨(dú)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(xiǎn)情況的影響。期;尤其是以下2個(gè)安全水位影響著自潰閘門(mén)的設(shè).8.HYDROPLUS的設(shè)計(jì)計(jì):室的試驗(yàn),審查了沖擊、波浪和飄浮物的影響結(jié)果( 1 )極限穩(wěn)定水位超過(guò)該水位時(shí),自潰閘門(mén)僅表明這些因素對(duì)系統(tǒng)的影響非常少。在靜水壓力的作用下,無(wú)需揚(yáng)壓力參與即可傾覆。設(shè)計(jì)人員保證即使這樣的事件就在自潰閘門(mén)旋計(jì)算每個(gè)自潰閘門(mén)的有限穩(wěn)定水位,即使某些或全轉(zhuǎn)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(duì)進(jìn)水井高度之差和配重差作了相應(yīng)的計(jì)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(guó)家研究院海室中有最大的揚(yáng)壓力,自潰閘門(mén)也不會(huì)傾覆。洋動(dòng)力學(xué)研究所對(duì)冰的問(wèn)題作了專題研究。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(shù)時(shí)間里將HYDROPLUSB設(shè)計(jì)所特有的其他系統(tǒng)則不具備。冬季水庫(kù)運(yùn)行水位設(shè)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(xiàn)有任何妨礙。大洪水的情況下,自潰閘門(mén)的穩(wěn)定裕度通常足以防在寒冷季節(jié)必須針對(duì)各種情況進(jìn)行相應(yīng)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(jì)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(shè)計(jì)洪水超越概率。對(duì)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(guó)際水綜述》該系統(tǒng)是在逐一考慮這些情況的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的:趙樹(shù)湘(編輯劉忠清)(1 )參考法國(guó)和其他一些國(guó)家著 名水力學(xué)實(shí)驗(yàn)*.....*....................................................................*.(上接第10頁(yè))要職責(zé)應(yīng)是負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)解決流域治理開(kāi)發(fā)中的重大3對(duì) 我國(guó)流域水協(xié)作管理的幾點(diǎn)具體建議問(wèn)題監(jiān)督、檢查流域水資源管理工作并行使國(guó)務(wù)院授予的其他職權(quán)。水資源的多功能性與流域性對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的保障在現(xiàn)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(guó)的流域管理應(yīng)高度重視并圍內(nèi)成立較為松散的流域水協(xié)作組織,并形成相應(yīng)借鑒國(guó)際流域管理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。筆者對(duì)我國(guó)流域水的機(jī)制建立相應(yīng)的制度。協(xié)作管理提出如下幾點(diǎn)具體建議:3.3將現(xiàn)有的流域管理機(jī)構(gòu)改組為流域水資源協(xié)3.1在國(guó)家涉水部門(mén)之間 建立部際水協(xié)作機(jī)制調(diào)(管理委員會(huì)的辦事機(jī)構(gòu)解決現(xiàn)今存在的條條"之間的矛盾,實(shí)現(xiàn)水資經(jīng)改組后流域管理機(jī)構(gòu)在流域協(xié)調(diào)(管理)倭源權(quán)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(dǎo)或指導(dǎo)下通過(guò)具體地工作促成實(shí)現(xiàn)水門(mén)代表國(guó)家行使水資源權(quán)屬管理，,開(kāi) 發(fā)利用部門(mén)只資源按流域進(jìn)行統(tǒng)-管理,實(shí)現(xiàn)水量與水質(zhì)統(tǒng)- -管負(fù)責(zé)水資源的開(kāi)發(fā)利用及其管理不負(fù)責(zé)水的權(quán)屬理;促成國(guó)家建立以流域?yàn)閱卧獙?duì)水資源實(shí)行統(tǒng)一管理。規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)配、統(tǒng)--監(jiān)督管理的體制。3.2成立流域協(xié)調(diào)( 管理委員會(huì)3.4成立流域用水協(xié) 會(huì)類協(xié)調(diào)組織重在解決現(xiàn)今存在的塊塊”之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)水資源的流域綜合的統(tǒng)-管理。大江大河盡早建立建立有效的參與機(jī)制使包括各類用水者在內(nèi)綜合性、高規(guī)格的流域水資源協(xié)調(diào)(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(guó)務(wù)院有關(guān)部門(mén)、有關(guān)省政府和流域管和協(xié)調(diào)。理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人及用水戶代表組成委員會(huì)的主任由中國(guó)煤化工(編輯周惟道)國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)兼任。該委員會(huì)屬非常設(shè)性組織其主MHCNMHG19