高坝泄洪雾化工程防护措施研究进展 (2013年)

高坝泄洪形成的雾化现象对枢纽下游建筑物运行、两侧岸坡稳定及生态环境可能造成危害,严重时可危及枢纽本身安全。伴随着系列原型观测、数学模型及物理模型试验等形成的雾雨强度预测技术的发展,泄洪雾化工程防护由被动的雾化―破坏―修复逐渐演变为在预测雨强及其范围基础上进行工程防护,并逐步与消能建筑物、高边坡的分区、分段防护相结合。通过对系列工程雾化防护措施调研,对高坝泄洪雾化工程防护相关研究成果进行归纳总结,认为不同防护材料在不同雨强的破坏特性及雾化对生态环境的影响是今后泄洪雾化工程防护措施研究的重要方向。 ### 高坝泄洪雾化工程防护措施研究进展 #### 1. 研究背景与意义 泄洪雾化是指在高坝泄洪过程中，由于水流与空气接触产生的细小水滴悬浮于空气中形成的现象。这种雾化现象对枢纽下游建筑物的运行、两侧岸坡的稳定性以及生态环境都可能造成不同程度的危害，严重时甚至会威胁到枢纽本身的运行安全。随着高坝技术的发展和挑流消能方式的广泛应用，泄洪雾化问题日益突出。 为了应对这一挑战，近年来发展了一系列的原型观测、数学模型和物理模型试验技术，这些技术能够有效预测雾雨强度及其分布范围。基于这些预测结果，研究人员开始采取更为主动的工程防护措施，如结合消能建筑物和高边坡的分区、分段防护策略，从而有效减轻了泄洪雾化带来的负面影响。本研究旨在梳理高坝泄洪雾化工程防护措施的发展历程，并对未来的研究方向进行展望。 #### 2. 早期工程的泄洪雾化环境影响及防护措施 早期对于泄洪雾化的认识相对有限，导致在设计和施工过程中未能充分考虑到其可能带来的负面影响。随着高坝建设技术的进步，尤其是新型消能工（如宽尾墩、窄缝式挑坎等）的应用，虽然提高了消能效率，但也加剧了雾化现象。因此，对泄洪雾化的环境影响进行了初步分析，并提出了相应的防护措施。 ##### 2.1 厂房淹没及预防措施 如果水电站厂房位于泄洪雾化暴雨区范围内，泄洪时形成的暴雨径流可能会导致厂房积水甚至进水。例如，黄龙潭水电站在1980年的泄洪过程中，由于没有充分考虑到泄洪雾化的影响，导致厂房几乎被强降雨覆盖，最终发生了厂房被淹的情况。为了避免类似事件的发生，需要采取有效的预防措施，包括但不限于： - **增强排水系统**：加强厂房周围的排水设施，确保即使在极端天气条件下也能及时排出积水。 - **调整厂房位置**：在规划阶段就考虑到泄洪雾化的影响，合理安排厂房的位置，避免位于雾化暴雨区范围内。 - **增设防护设施**：例如设置挡水墙或者利用地形优势设置自然屏障来减少雾化雨水对厂房的影响。 #### 3. 泄洪雾化预测技术的发展 随着研究的深入和技术的进步，泄洪雾化预测技术得到了显著的发展。这些技术主要包括原型观测、数学模型和物理模型试验等方法。通过这些技术，可以较为准确地预测出雾雨的强度及其覆盖范围，这对于制定有效的工程防护措施至关重要。 ##### 3.1 原型观测 原型观测是指在实际工程环境中进行的观测，它可以提供最直接的数据支持。通过安装各种传感器和监测设备，可以实时获取泄洪雾化的动态数据，为后续的分析和防护措施设计提供依据。 ##### 3.2 数学模型 数学模型则是通过建立泄洪过程中的物理关系，利用计算机模拟的方式来预测雾雨的形成和发展趋势。这种方法不仅可以模拟现有条件下的情况，还可以预测未来可能发生的不同情景下的雾雨强度，具有很高的灵活性和预见性。 ##### 3.3 物理模型试验 物理模型试验是通过建立小型或中型的实验装置，模拟泄洪过程中的物理现象，观察和记录雾化的形成与发展。这种方法可以直接观察到泄洪雾化的物理过程，有助于更深入地理解其机理。 #### 4. 未来研究方向 尽管目前在泄洪雾化工程防护方面取得了一定的成果，但仍存在许多值得进一步探索的问题。未来的研究应该重点关注以下几个方面： - **不同防护材料的破坏特性研究**：针对不同雨强情况下防护材料的破坏特性进行细致的研究，以便选择更加合适的材料和构造方案。 - **雾化对生态环境的影响评估**：深入探讨泄洪雾化对周边生态环境的具体影响，包括对水质、土壤侵蚀等方面的潜在风险。 - **综合防护体系的设计**：探索如何将多种防护措施有机结合起来，构建一个全面、高效的综合防护体系，最大限度地减少泄洪雾化对工程和环境的不利影响。 随着科学技术的进步和社会对环境保护意识的增强，泄洪雾化工程防护措施的研究将越来越受到重视，未来的防护技术也将更加成熟和完善。