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(shè)計.摘要:Hydroplus是-種自潰閘門系統(tǒng)。它由-組安置在溢洪道底檻上的獨立單元構(gòu)成當發(fā)生規(guī)定量級的洪水時這些單元開始按預(yù)定的順序傾覆而不致使大壩遭受漫頂?shù)奈ｋU。重現(xiàn)期主要根據(jù)預(yù)測的潰壩后果設(shè)定。關(guān)鍵詞:自潰閘門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)濟效益可靠性，安全分析中圖分類號:TV651. 15文獻標識碼A在進行大壩溢洪道設(shè)計時必須對以下方案進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)點是運行絕對可靠缺設(shè)計說明點是相對于壩高的有效庫容的損失可達到滿庫容的HYDROPLUS設(shè)計基于如下過程:1/3.(2 )閘控溢洪道的優(yōu)點是大壩運行可達到滿庫(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;容只有在打開閘門時才泄洪缺點是閘門由于機械(2)每個單元靠在下游邊緣的小支座上。每個故障、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啟任何閘門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%是由于閘門打(3)設(shè)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單元頂部的特定不開)此外如果在正常運行期間,任何閘門誤開,下水位時進水口豎管允許水進入底面。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。當庫水位高于進水豎管上口邊緣時,水就通過對此問題已進行了以下研究:( 1 )試圖使閘門的運行更可靠,但是盡管制造豎管進入底板下面。當排水孔不能排走全部滲流廠家精心設(shè)計制造閘門事故的風(fēng)險仍不能完全排時在自潰閘門下面的壓力開始，上升最后使其脫離底檻傾覆水流速度超過3 m/s時將其沖向下游。除且往往被低估;(2 )創(chuàng)造新的控制系統(tǒng),如擋水閘板、自潰式自潰閘門的進水豎管上緣可設(shè)置在不同高度。堤、充氣堰等;但是盡管試驗了幾十年，沒有哪種方這是當上游水位繼續(xù).上升時控制閘i門]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)計可保證:( 1 )小洪水和中等洪水能翻過擋水閘板下泄;的優(yōu)點而避開其缺點來解決這個難題。Hydroplus是一種自潰閘門系統(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立單元構(gòu)成,當 發(fā)生規(guī)定量水單元所需的個數(shù)通過不斷增大開口下泄。中國煤化工級的洪水時這些單元開始按預(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,以致于最終整個底檻不夠長(20~200a，或者如業(yè)主要求的話還可更長),收稿日期2004-05-08.HYDROPLUS的設(shè)計以致該系統(tǒng)在足夠長時期內(nèi)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。已開發(fā)大大超過因失去第-個閘門門單元帶來的不便和相應(yīng)的迷宮堰的長度約為混凝土底檻長度的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)計洪水(或安全評估流量),所常水斗高度相當于在沒有自潰閘i門時底檻以上最有的單元能足夠早地傾覆,以防止庫水位超過最高大洪水水深的40% ~ 80%。水位;已有2個標準的寬/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由鋼或混凝土制成或者鋼制擋水單元按設(shè)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(jié)合而成。進水井總是用鋼然增加。制成。所有鋼制部件均經(jīng)過抗腐蝕保護處理。由于其固有的靈活性，這種設(shè)計可應(yīng)用于許多重型自潰閘[門和安裝在交通不便的壩址的自潰現(xiàn)有的大壩:閘門可預(yù)制成水斗和進水井部件,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,而不會提2.1.2 直線堰頂自潰閘門TM高最高水位;有3種直線堰頂自潰閘門:(2)在安裝HYDROPLUS自潰閘門之前降低設(shè)計這些單元旨在承受自潰閘門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?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單的直線堰頂更實用。直線堰頂自潰閘門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)量同時增加溢洪道容量(在某些情況下增加50%場澆筑的實體混凝土構(gòu)成。它們可以造得很大(20m寬)當溢流水頭高達堰體高度的4倍時仍能~ 100% ) ,有時還增加了庫容。這種設(shè)計可應(yīng)用于所有新建的大壩無論大小,保持穩(wěn)定。進水井用混凝土或鋼制成。通過降低施工投資和增加運行安全性來優(yōu)化設(shè)計。2.1.3過冰( 嚴寒環(huán)境)自潰閘門TM尤其是HYDROPLUS系統(tǒng)能用來減小溢洪道底檻設(shè)計這些自潰閘門是為了適應(yīng)嚴寒的氣候條.長度和壩高。件;閘門上游面的形狀特殊表面特別光滑,以減少HYDROPLUS設(shè)計得到的實用自潰式閘門系過冰時的摩阻力和對閘門的磨損。這些高穩(wěn)定性的統(tǒng)具有許多益處:自潰閘門]用鋼或混凝土制成。(1)通用性;2.1.4 緊急自潰閘門TM(2)安裝費用經(jīng)濟速度高;設(shè)計緊急自潰閘門是為了在漫頂前或就在剛剛(3)檢查和維護工作量最小;漫頂時使其傾覆。這種閘門用作極大洪水事件或閘(4)安全可靠性。門故障時常規(guī)閘[門的后備。也可將其用于將大洪水分洪至沿河的分洪區(qū),以保護其河岸。閘門高度為2 HYDROPLUS@系 統(tǒng)的通用性1~10m通常包括2個矩形的鋼制或預(yù)制的擋水自潰閘門并排布置相互之間有止水縫。每扇板。自潰閘門由3部分構(gòu)成擋水結(jié)構(gòu)、底面上的壓力室2.2進水井和進水豎管進水井)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。其頂部擴大成喇叭狀用鋼筋支撐一個抬2.1擋水結(jié)構(gòu) .升式蓋。它的位置有助于向水舌摻氣,這對高泄水擋水結(jié)構(gòu)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TM“YHC N M H G很高的自潰閘門,可將采用水斗形狀,以形成-一個迷宮形堰頂使其溢進水井與通氣孔相結(jié)合,以控制水舌振動。流水舌可達到自潰閘門]高度的30% ~ 50%。自潰閘門上的進水井形狀和位置及其進水喇叭水斗開口朝向上游。多個水斗排列形成-個迷口的設(shè)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 )自潰閘門的傾倒沖失不會對工程經(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平坦而光滑的若按傾覆重現(xiàn)期內(nèi)很長的時段分期償還其更.混凝土底檻上。與底檻結(jié)合成-整體的混凝土或鋼換費用通常不大。已傾覆的自潰閘門被水流沖到下支座凸緣將自潰閘門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?shù)慕右詢?yōu)化工程成本實效( 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)問題難以降低在一個世紀內(nèi),很少有自潰閘門傾覆。因為顯然洪底檻高度時,可將壓力室做成適當?shù)男螤钜员闩c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。但是如可行的話稍許在水庫中。降低底檻,可更簡單地得到類似的水力性能。在自潰閘門用于增加溢洪道的溢洪能力的特殊(3)另一方面,也可將各自潰閘門進水井一起情況下重現(xiàn)期經(jīng)常超過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意外損失或在各個自潰閘門上。在這種情況下埋設(shè)在底檻中老化更敏感的其他系統(tǒng)的壽命長得多。的管道將水從進水井弓|到底部壓力室。這種解決辦最好是縮短第1個傾覆重現(xiàn)期,以使水庫庫容法使自潰閘門]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)場準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個備用自潰閘門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個不同的高程(4)一個自潰閘門]的傾斜可通過埋在混凝土底處并使自潰閘門有適當?shù)母叨雀叨容^小的閘門先檻中的管道允許水進入第2個壓力室,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。(5)底檻可做成階梯形第1批傾覆的自潰閘4檢 查和維修門設(shè)置在高程最高處。如果業(yè)主已決定采用較短的閘門傾覆重現(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)自潰閘門在稍作修改之后可以成圓形布置作時不需要電力或機械動力。因此檢查和維護工作量最少。在喇叭形溢洪道上。對每個工程為了使工地的特定要求具體化通2.4配重過與業(yè)主協(xié)商制訂出檢查指南。檢查很簡單無需自潰閘門的整體穩(wěn)定性是在設(shè)計中考慮其形狀專門培訓(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 )定期檢查確認排水孔和進水井不堵塞;潰閘門傾覆所需的壓力。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傾覆的次序。(必要時抬高自潰閘門的前部)配重可采用混凝土、鋼或鑄鐵塊。必要時要作下列工作:( 1 )維護鋼部件控制銹蝕;3系 統(tǒng)的經(jīng)濟性(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用適用于每種情況。(1 )底檻制作簡單在大多數(shù)情況下，設(shè)一個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;設(shè)i.MYHC N M H G況下決不會使大壩下游(2)自潰閘門安裝快速，安裝高度為3 m的自的生命和財產(chǎn)受到危害。因此要對每個單獨的工潰閘門只需幾天，安裝高度為6. 5 m的只需幾個星.程分析危險情況的影響。期;尤其是以下2個安全水位影響著自潰閘門的設(shè).8.HYDROPLUS的設(shè)計計:室的試驗,審查了沖擊、波浪和飄浮物的影響結(jié)果( 1 )極限穩(wěn)定水位超過該水位時,自潰閘門僅表明這些因素對系統(tǒng)的影響非常少。在靜水壓力的作用下,無需揚壓力參與即可傾覆。設(shè)計人員保證即使這樣的事件就在自潰閘門旋計算每個自潰閘門的有限穩(wěn)定水位,即使某些或全轉(zhuǎn)之前發(fā)生,它們也不會觸發(fā)其他自潰閘門同時傾部進水井堵塞也能確保不危及大壩安全。覆。對進水井高度之差和配重差作了相應(yīng)的計算。(2 )最低傾覆水位低于該水位時,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,自潰閘門也不會傾覆。洋動力學(xué)研究所對冰的問題作了專題研究。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)時間里將HYDROPLUSB設(shè)計所特有的其他系統(tǒng)則不具備。冬季水庫運行水位設(shè)定在低于自潰閘[門的底部不會(3)審查了每個工程的地震影響。在沒有出現(xiàn)有任何妨礙。大洪水的情況下,自潰閘門的穩(wěn)定裕度通常足以防在寒冷季節(jié)必須針對各種情況進行相應(yīng)檢查,止由地震所引發(fā)的問題。而且特大洪水在一個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只有幾十小時,，同時發(fā)生地震的概率殊的過水自潰閘門。大大低于設(shè)計洪水超越概率。對所有其他可能想到的問題都作了考慮,因此,馬元挺譯 自《國際水綜述》該系統(tǒng)是在逐一考慮這些情況的基礎(chǔ)上設(shè)計的:趙樹湘(編輯劉忠清)(1 )參考法國和其他一些國家著 名水力學(xué)實驗*.....*....................................................................*.(上接第10頁)要職責(zé)應(yīng)是負責(zé)協(xié)調(diào)解決流域治理開發(fā)中的重大3對 我國流域水協(xié)作管理的幾點具體建議問題監(jiān)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(quán)。水資源的多功能性與流域性對經(jīng)濟社會的保障在現(xiàn)階段也可采取循序漸進的方式,在流域范，作用的共通性要求我國的流域管理應(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)借鑒國際流域管理的經(jīng)驗教訓(xùn)。筆者對我國流域水的機制建立相應(yīng)的制度。協(xié)作管理提出如下幾點具體建議:3.3將現(xiàn)有的流域管理機構(gòu)改組為流域水資源協(xié)3.1在國家涉水部門之間 建立部際水協(xié)作機制調(diào)(管理委員會的辦事機構(gòu)解決現(xiàn)今存在的條條"之間的矛盾,實現(xiàn)水資經(jīng)改組后流域管理機構(gòu)在流域協(xié)調(diào)(管理)倭源權(quán)屬管理與開發(fā)利用管理分開。由水行政主管部員會的領(lǐng)導(dǎo)或指導(dǎo)下通過具體地工作促成實現(xiàn)水門代表國家行使水資源權(quán)屬管理，,開 發(fā)利用部門只資源按流域進行統(tǒng)-管理,實現(xiàn)水量與水質(zhì)統(tǒng)- -管負責(zé)水資源的開發(fā)利用及其管理不負責(zé)水的權(quán)屬理;促成國家建立以流域為單元對水資源實行統(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3.4成立流域用水協(xié) 會類協(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。的流域眾多利益相關(guān)者的意見能夠得到充分的反映該委員會由國務(wù)院有關(guān)部門、有關(guān)省政府和流域管和協(xié)調(diào)。理機構(gòu)負責(zé)人及用水戶代表組成委員會的主任由中國煤化工(編輯周惟道)國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)兼任。該委員會屬非常設(shè)性組織其主MHCNMHG19