虎林西南岔水库筛网消能应用与分析

王秀峰

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)

1 综 述

西南岔水库溢洪道采用三孔3m宽中间设底孔的有闸控制实用堰。闸孔净宽9.0m，堰顶高程63.85m，消力池底高程58.0m，下游渠道底高程58.5m，底宽10.6m，P=0.5%洪水位66.60m最大泄量65.34m3/s，P=2%洪水位66.46m，最大泄量31.08m3/s。溢洪道消能采用筛网消能加消力池形式，筛网高程63.85m，筛网长度9m。

水流在运动过程中一直在进行着动能和势能的相互转换，水从高处落下，水中原有的能量转化成动能冲击建筑物，会对建筑物构成严重的损害，为了解决这些问题，发明了很多消能防冲设施。水工建筑物常用的消能方式底流消能、挑流消能和面流消能等。本次分析是针对筛网消能对建筑物的影响，筛网置于有水流跌落的建筑物进口处，让水流经过筛网进入建筑物的消力池，由于筛网很好地分散了水流，充分掺气后水流自由下落，起到消能作用[1]。

以西南岔水库为例分析筛网消能与常用的底流消能作对比分析。

2 底流消能方式消力池计算

水库溢洪道采用三孔3m宽中间设底孔的有闸控制实用堰，堰顶有闸门控制泄流，根据水库现有的边界条件，假设水库采用底流消能，在不同泄流量情况下，计算消力池的池深、池长，见图1。

图1 底流消能

消力池计算公式：

(1)

式中：d为池深，m；σ为水跃淹没度，取σ=1.05；h2为池中发生临界水跃时的跃后水深，m；ht为消力池出口下游水深，m；△Z为消力池尾部出口水面跌落，m；Q为流量m3/s；b为消力池宽度，m；φ为消力池出口段流速系数，取0.95；L为自由水跃长度，按式L=6.9(h2-h1)计算，m；Lk为消力池长度，m。

经计算随着流量逐渐变小，消力池深度是曲线变化，消力池深度先由大变小然后又由小变大；随着流量逐渐变小，消力池长度由大变小。溢洪道最大泄流量65.34m3/s。

3 筛网消能消力池计算

筛网消能的筛网形式有：网格式筛网、横梁式筛网和纵梁式筛网。

表1 底流消能消力池计算成果表

图2 流量—池深关系图

图3 流量—池长关系图

图4 水库坝下H-Q曲线图

网格式筛网是在钢筋混凝土板上设置多个圆孔或方孔，混凝土板看似程筛网状结构；横梁式筛网是由多个垂直于水流的横梁组成；纵梁式筛网是由多个平行于水流的纵梁组成[2]。

西南岔水库采用的是网格式筛网消能，网眼为顺水流方向的长方形，网眼尺寸30cm×80cm，开孔率44%。

图5 筛网消能

筛网长度计算：

(2)

式中：Lj为网长，m；H01为网前总水头，m；μ为流量系数；ε为收缩系数；η1为入口相对水深。

消力池计算

(3)

式中：Pr为消力池水体的消能率6-9kW/m3；Q为流量m3/s;△H为上下游水位差m；V为消力池水体积m3。

表2 筛网消能消力池计算成果表

图6 池量—池深关系图

图7 池量—池长关系图

4 总 结

根据计算得出的数据，底流消能消力池较长，池深小；筛网消能消力池长度小，池深稍大。筛网与传统消能相比各有一定优势，边界条件不合适底流消能的时候可以有效采用筛网消能。通过分析筛网消能的特性，了解筛网消能的优缺点，可为工程应用推广提供基础资料和建议[3]。

西南岔水库采用筛网消能，运用情况良好，大水期泄流时，有水流冲出筛网冲刷消力池现象，建议在筛网末端设置挡板效果会更好。