中小型水工建筑物底流水躍消能技術(shù)新進(jìn)展

1、 中小型水工建筑物底流水躍消能技術(shù)新進(jìn)展 摘 要：目前在中小型水工建筑領(lǐng)域，存在大量的能源浪費(fèi)的問題，利用水躍消能技術(shù)，可以有效地在泄水過程中將準(zhǔn)備排泄掉的尾水由急流轉(zhuǎn)化為緩流，進(jìn)而消除動能，可以在汛期有效地抵御洪水，提高水庫的蓄水能力，同時可以減輕經(jīng)濟(jì)壓力，達(dá)到最佳的能耗比。關(guān)鍵詞： 中小型水工 水工建筑物 底流 水躍消能技術(shù) 水利科研一.引言隨著近年來我國自然災(zāi)害發(fā)生有一定的上升趨勢，對水利建筑本身而言，提出了一定的挑戰(zhàn)，一些年久失修的建筑或許不能應(yīng)對這樣惡劣的環(huán)境，所以在修建新型水利設(shè)施時，水躍消能技術(shù)就是在施工過程中必須要讓建筑擁有的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)了，在設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮上流和下

2、流的水位如何達(dá)到銜接，還要從提高水利建筑的使用年限來設(shè)計(jì)，讓其達(dá)到功在千秋的作用，然而目前的水躍消能技術(shù)從設(shè)計(jì)到實(shí)施，仍有一系列的問題亟待解決，比如設(shè)計(jì)思路比較刻板，國內(nèi)外利用此技術(shù)的可參照的建筑物比較少，或是在完成施工后，實(shí)際應(yīng)用中超過設(shè)計(jì)的洪水警戒線造成洪水蔓延以至于需要長期返工，并帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失等問題，都需要日后在修建水工建筑物時考慮。二.目前水工建筑物底流水躍消能技術(shù)存在的問題水工相關(guān)建筑物施工時，需要考慮多方面的因素，由于水利的基礎(chǔ)設(shè)施事關(guān)民生，人類飽受自然災(zāi)害侵?jǐn)_時，如果某地在某以特定時間段多發(fā)大型降水，如果城市的排水設(shè)施存在問題，就有可能導(dǎo)致河堤內(nèi)雨水倒灌，如果水利設(shè)施年久失

3、修，就有可能引發(fā)大型洪水，進(jìn)而會讓雨水關(guān)進(jìn)室內(nèi)，給人類的生命安全帶來一定威脅。但是，修建水利項(xiàng)目的目的又不僅僅局限于此，有些時候在水流由上流途經(jīng)，流向下游時，由于水流的湍急程度不一，有可能導(dǎo)致一定的能量損失，進(jìn)而會影響整個水流的利用率，在上流和下流的轉(zhuǎn)換過程中，按照物理學(xué)的觀點(diǎn)，一定要達(dá)成能量守恒，但是水流從嚴(yán)格意義上來說，是不能完全做到的，只能從一定角度出發(fā)，消除水能的影響，進(jìn)而可以做到修建水利設(shè)施后，可以有效地銜接上流和下流，有益于提升河流的守恒程度。同時，在交通部門對已經(jīng)出現(xiàn)的水利問題進(jìn)行分析研討時，往往會把道路施或者雨污管道排水工程當(dāng)成重點(diǎn)內(nèi)容看待，由于各個城市的自然資源有所區(qū)別，有的

4、城市被群山環(huán)繞，有的城市地勢低洼，境內(nèi)多小溪河流，每年對水利的預(yù)算資金也有一定區(qū)別，而且在設(shè)計(jì)工程時，不但要考慮工期成本，還需要考慮在日后一旦發(fā)生自然災(zāi)害，設(shè)計(jì)的水利設(shè)施的抵抗程度有多少，排泄廢水所用到的設(shè)施，一般在主體工程中，費(fèi)用有將近一半的占比，與此同時在設(shè)計(jì)水躍消能技術(shù)又占到了排泄廢水所用費(fèi)用的一半左右，因此水躍消能技術(shù)在給排水領(lǐng)域的地位是非常重要的，因此在設(shè)計(jì)時，一定要做充分必要的分析。從物理學(xué)角度看，通過挑流消能、面流消能、底流消能都是一些常見的消除廢能的解決辦法，但是在施工過程中，底流消能雖然可以帶來優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)，并且在整個施工過程中具有安全可靠的特點(diǎn)，同時可以嘗試良好的消能效果，但

5、又不能忽視底流消能所帶來的一系列安全隱患，比如通過底流消能的方法消耗的工程量往往會比較大，在額外增加了一些工期的基礎(chǔ)上，又對工程造價(jià)提出了一些很嚴(yán)格的要求，同時在水流途經(jīng)下游時，會無可避免地產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，在整個施工過程中，不但耗費(fèi)了大量的人力物力成本，還有可能超出施工的預(yù)算款，在當(dāng)前節(jié)源節(jié)流的大環(huán)境下，控制好工程造價(jià)也是很有必要的。3. 水躍消能技術(shù)在水利工程施工時的具體應(yīng)用我國幅員遼闊，水利科學(xué)家們也在多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)出了一些可供借鑒的利用水躍消能技術(shù)的實(shí)例，比如重慶萬盛的青山湖水庫，就是很巧妙地運(yùn)用了底流消能的一大實(shí)例，由于重慶萬盛是山區(qū)，此項(xiàng)目距離萬盛的政府所在地大約有幾公里的車

6、程，由于重慶的煤礦資源在早年間已有枯竭衰弱的信號，隨著多年來的不斷開采，在煤炭資源日益減少的基礎(chǔ)上，對低下水水量而言也有不小的挑戰(zhàn)，隨著資源的不斷衰減，導(dǎo)致地處我國中西部的重慶萬盛出現(xiàn)了一定的用水困難問題，同時因地理位置不及國內(nèi)一些發(fā)達(dá)地區(qū)，也在一定程度上制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。在沒有建成水利設(shè)施以前，萬盛青山湖還是以一條小溪的形式存在的，當(dāng)?shù)厝艘舶阉H切地稱為養(yǎng)生河，在修建堤壩的基礎(chǔ)上，還修建了國家級濕地公園，此水利工程的主要目的還是以解決整個萬盛地區(qū)的老百姓日常生活用水為主，同時還帶有一定的儲備及引申功能，比如可以利用水流所帶來的動能進(jìn)行發(fā)電，由于此項(xiàng)目在重慶的母親河形成的支流上，地理位置還

7、是比較優(yōu)越的，在此基礎(chǔ)上，由于地處中西部山區(qū)之上，一定程度給萬盛當(dāng)?shù)貛砹私?jīng)濟(jì)上的不利影響，同時萬盛也是一座資源枯竭型城市，整個城市如何在資源枯竭的前提下推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也是當(dāng)?shù)卣嗄陙碓谒伎嫉囊粋€問題，同時當(dāng)?shù)匾驗(yàn)樗Y源的枯竭，不僅居民生活不利，而且在農(nóng)業(yè)灌溉時，也會發(fā)生缺少水資源，當(dāng)出現(xiàn)高溫干旱天氣時，也不利于灌溉，進(jìn)而有可能造成農(nóng)作物的欠收和農(nóng)民經(jīng)濟(jì)的損失。在了解到萬盛自然條件比較惡劣的前提后，在對此水利工程施工時，將整個工程一分為二，與常規(guī)項(xiàng)目不同的是，常規(guī)項(xiàng)目往往只考慮修建水利工程會給上下流域帶來什么影響，而此工程，還充分考慮了當(dāng)?shù)氐膶?shí)際需要，因地制宜地修建了灌區(qū)工程，并且將灌區(qū)

8、工程和大壩樞紐部分一分為二，各部分分工明確，給排水建筑物、泄洪通道、堤壩等設(shè)施一應(yīng)俱全，同時在修建干渠暗渠時，也是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行了一定程度的深入研究，將原來的小溪級河溝予以拓寬升級，改造后渡槽長度大大增加，并新建了一段干渠，在干渠附近還建了一座變電站，主要功能即使利用了上下水流湍急程度不一致的好處，利用一處之前廢棄的廠房，將水流的動能發(fā)揮到最佳，同時在設(shè)計(jì)泄洪通道時，將泄洪通道本身設(shè)置于河床的中間位置，同時此泄洪通道屬于開敞式溢洪道，整個工程大壩屬于細(xì)石砼砌塊石重力壩，整個大壩軸線約188米，平均堤壩高度達(dá)到了二十多米，壩頂?shù)母叨冗_(dá)到了將近六百米，寬約八米，在消能的設(shè)計(jì)中，充分考慮到了需要在

9、一定程度上達(dá)到能量的最高利用值，因此在設(shè)計(jì)上也體現(xiàn)了一定的人機(jī)交互原理，在機(jī)房控制整個工程時，采用了三扇鋼閘門控制的方式，通過動態(tài)的水流來傳輸數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)庫中予以記載，水庫可以容納整個萬盛地區(qū)生活用水的需要，并且在抵抗洪水方面也做了充分的打算，按照重慶萬盛地區(qū)多年來的降水量進(jìn)行判斷，按照每年汛期發(fā)生最頻繁的時間內(nèi)的短期降水總量進(jìn)行研判，使其具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，大約能抵抗五十年一遇的水災(zāi)，在整個項(xiàng)目施工過程中，一共耗時二十二個月，建設(shè)的總規(guī)模達(dá)到了一千兩百零五萬立方米，總投資額達(dá)到了三萬兩千萬元人民幣，同時，與之相配套的國家濕地公園風(fēng)景秀麗，有三塘漁歌、養(yǎng)生飛瀑、青山晚照、七匠古藝、海綿家園、梨園春色等景觀，在提升了蓄水能力、抗風(fēng)險(xiǎn)能力的同時，也從一定程度上帶來了經(jīng)濟(jì)效益。四.結(jié)束語經(jīng)過多年來的經(jīng)驗(yàn)證明，在設(shè)計(jì)底流消能設(shè)施時，一定要充分考慮自然災(zāi)害可能引發(fā)的一系列安全隱患和設(shè)施的消能效率，在設(shè)計(jì)的過程中，也要通過計(jì)算最淹沒度函數(shù)的方式來計(jì)算最佳淹沒度，并從降低成本的角度實(shí)施工程。參考文獻(xiàn)：1 張宗孝. 附加射流水躍消能的試驗(yàn)研究d. 西安：西安理工大學(xué), 2003.2 冬俊瑞, 李永祥, 李玉柱. 中小型水工建筑物底流水躍消能技術(shù)新進(jìn)展j. 海河水利, 1996(6):4-8.3 王燎原, 王建華, 葛小華, 等. 低佛氏數(shù)水躍消