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【摘 要】我国水电水利工程在排洪方面的主要特点是高水位、大流量、泄流功率大等。 所以泄流安防方面的出现问题十分明显。文中探讨了在大坝泄流震荡控制、泄流释能安保、泄流雾化安保、泄流安全预警混气减腐等方面理论研究的进展， 指出了关于泄流安全性的技术途径， 可供有关工程技术人员作为研究参考。
【关键词】大坝泄流；释能；安全预警
近二十年来一批三百米左右的大坝或超大坝在水能资源储备较多的西部地区相继开始建设。这些工程在泄流释能方面面临的问题主要是流量猛、水位高、河谷狭长、泄流功率大、地质条件特别纷乱等， 这自然增加了泄流释能方面问题解决的难度。已成为当前水电水利工程的策划与运行安全的控制因素。跟国外目前已有大坝的泄流功耗和泄流流量相比， 中国的策划跟在建中的大坝都已超过目前世界最领先水平、居领先地位。
1.释能安保
大坝泄流中最常见的形式为下游释能水塘安保布局被破坏。提高大坝泄流释能维护安全性的策划措施主要是：（1）优化泄流布置，分散洪流能量，提高释能率，减少负载；（2）优化布局策划， 提高构造抗力。
1.1优化泄流布置
目前，我国高拱坝在泄流释能方面多结合下游水塘的泄流释能形式选择深层跌流等方面联合泄流方式，为了减轻下大坝泄洪流会对水基板造成的洪流冲击压力，就需要须尽量减小入射洪流冲击在水塘上的集中强度。多选择坝身深洞挑流、泄流表洞大差，使下泄洪流被横向散射，纵向分层拉开，使洪流在空中相互撞击，用来减少泄流对水塘的冲击力。也能够采用深洞窄缝挑坎宽尾墩的形式，使下泄流流形成窄长的深洞洪流动态，深洞和表洞洪流在空中互相穿插下泄，该过程中不断发生碰撞，有利于降低泄流时雾化的强度，能够促使水塘基板冲击动压减小。
1.2优化释力塘安保布局
大坝下游的释力塘安保布局形式主要包括：反拱基板、平基板、护坡不护底等。大坝的释力塘的基板被破坏的实例较多，练继建等人研究了各种大坝安保布局的破坏模式。还包括基板块断裂破坏的新破坏模式结合拉西瓦、向家坝等工程的释力塘模型试验，得出的冲击压强、点脉动压强、上举力的统计量化关系可供策划参考。
基于粘结滑移理论，non-linear接触理论，练继建等人研究出一种non-linear耦合静动力分析方法，模拟大坝锚固钢筋产生的粘结滑移，释力塘和基板之间的接缝以及拱座、基板、基岩和边坡间的接触面， 能够反馈释力塘反拱基板与失稳机制的受力特点。该模型对反拱释力塘布局在动力负载或静力负载下的non-linear耦合响应进行分析。[1]
2.泄流颠簸控制
2.1泄流颠簸模拟试验与原型勘查验证
大坝排水布局全水弹性试验模拟指的是能够全方位模拟布局体系动力特性、水动力特性及洪流布局耦合动力效应的试验模拟， 即洪流动力负载、水体、布局、基础四位一体的耦合动力系统的模拟。
进行大坝排水布局全水弹性试验的理论基础是洪流动力负载洪流脉动压力近似律， 其中洪流脉动频率压力近似律是近似理论研究中理论难题。通过模型原型对比与系列比尺模型试验分析说明脉动压力频谱与重力近似律相符合。
研究各类重大排水布局可采用采用全水弹性模型试验（水工闸门、高薄拱坝、导墙、溢流厂房等） 的颠簸响应特性和流固耦合模态特性。运用全水弹性模型能够模拟附属布局、水体等对排水布局模态特性的影响， 基于水弹性模型对排水布局的模态参数进行测试识别， 能够揭示出排水布局的耦合动力系统模态特性。
2.2泄流颠簸响应分析与排水布局优化策划
在对大坝排水布局耦合力響应的研究中，关键是正确认识洪流脉动负载时空相关特性，来提高大坝排水布局的流激颠簸响应方面的预测精确度；练继建等把遗传算法与耦合颠簸理论相结合，提出了排水布局颠簸的响应以及振源的反馈分析法，能够反馈分析各激振源负载的外延和修正、整体特征试验结果，实现利用有限的动力响应的实测值来反映出布局的整体动力响应场与最大值。
2.3基于泄流共振响应的排水构造损伤的动态检测诊断
随着我国大量大型的水利水电工程的建成运行，对重大排水布局动态检测诊断技术的需求也显得日益迫切。以大坝排水布局的工作环境纷乱的特点出发，近年来我国提出了基于排水激励奇异熵定阶降噪的排水布局颠簸模态ERA的损伤评估方法与识别方法，建立了排水布局安全动态诊断检测系统，以及排水布局的模态参数。
3.泄流雾化安保
水电站泄流时，会在一定范围内产生特大浓雾或降雨，对枢纽电站设备和建筑物的正常运转、周围环境、交通安全、以及边坡稳定等产生严重影响，所以泄流雾化安保是水利水电工程的关键技术之一。泄流雾化是一种非常纷乱的水汽二相流，其运动方式既受泄流流量、水头和泄流方法的影响， 又受当地地形、气象气候等条件的制约，涉及到空气动力学水力学、和降水物理学等诸多学科问题。不管是原型勘查，还是数值模拟或者物理模型试验都是有很大难度的。[2]
4.掺气减蚀
泄水建筑往往在高速洪流作用下容易发生空蚀破坏现象，在工程中一般会采用强迫掺气减蚀的方法，近年来，在对掺气减蚀设备防回水、防止侧墙掺气减蚀等设备的研究取得了一定的进展 。以往在维护过流面基板时往往会忽视其侧墙。为了减轻低压区域和高流速区域的侧墙产生空化空蚀，开发新的侧墙掺气减蚀技术。实践证明，如果反弧段掺气坎的空气如果受到反弧段离心力的影响，里面的气泡就会加速上浮，达到反弧末端的时候掺气浓度已经降得很低，而此时反弧段下面自掺气向全深水尚不充分散射，导致反弧段后面就很容易出现清水三角区。反弧末端如果采用侧墙贴角就能够形成侧空腔来进行侧掺气， 即使有较小的侧空腔，也能够显著改善反弧段下方的近壁掺气效果， 有削减原边墙清水区。
5.安全监测与预警
提高泄水建筑物安全性的包括是通过变更泄水建筑物的策划理念， 做好其安全储备工作；实施有效的科学诊断、安全监控、及时预警， 尽量避免灾难性的安全事故发生。以往主是以优化泄水建筑物的策划来提高建筑安全性，现在是依靠对水工模型的试验数据并利用数学模拟的成果来提高安全性。水工模型试验数据近似率有时候与工程实际存在有一定偏差。目前仍急需通过原型、模型的综合试验数据来反馈、对比析来深入探索、钻研、讨论近似率的问题对泄流安全与各水力要素之间的影响。水电站在策划初的工作一般是选择特定的水位流量下的水力学问题进行研讨工作，但其结果难以具体反映出工程在实际的运行中可能会发生的不利状况。[3]
6.结束语
目前我国依然有大批的世界级的大坝水利水电工程正在准备建设中，水力学理论技术的发展水平与我国大坝工程对经济性与安全性的要求仍有许多差距。还迫切需加强三个方面的研究：一是在目前大坝工程针对特殊洪流的机理与计算方法的研究。二是关于继续进行大坝泄流新技术的开发。三是针对大坝排水的布局，使用过程中的动态监测、评价、诊断、控制和预警提出新的理论与技术要求。
【参考文献】
[1]李乃稳，许唯临，周茂林，田忠.高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究[J].水利学报，2008（08）.
[2]杨弘，练继建，冯永祥，王锋辉.高坝水垫塘泄洪安全实时监控系统研究[J].水力发电学报，2008（03）.
[3]练继建，李松辉.基于支持向量机和模态参数识别的导墙结构损伤诊断研究[J].水利学报，2008（06）.
【关键词】大坝泄流；释能；安全预警
近二十年来一批三百米左右的大坝或超大坝在水能资源储备较多的西部地区相继开始建设。这些工程在泄流释能方面面临的问题主要是流量猛、水位高、河谷狭长、泄流功率大、地质条件特别纷乱等， 这自然增加了泄流释能方面问题解决的难度。已成为当前水电水利工程的策划与运行安全的控制因素。跟国外目前已有大坝的泄流功耗和泄流流量相比， 中国的策划跟在建中的大坝都已超过目前世界最领先水平、居领先地位。
1.释能安保
大坝泄流中最常见的形式为下游释能水塘安保布局被破坏。提高大坝泄流释能维护安全性的策划措施主要是：（1）优化泄流布置，分散洪流能量，提高释能率，减少负载；（2）优化布局策划， 提高构造抗力。
1.1优化泄流布置
目前，我国高拱坝在泄流释能方面多结合下游水塘的泄流释能形式选择深层跌流等方面联合泄流方式，为了减轻下大坝泄洪流会对水基板造成的洪流冲击压力，就需要须尽量减小入射洪流冲击在水塘上的集中强度。多选择坝身深洞挑流、泄流表洞大差，使下泄洪流被横向散射，纵向分层拉开，使洪流在空中相互撞击，用来减少泄流对水塘的冲击力。也能够采用深洞窄缝挑坎宽尾墩的形式，使下泄流流形成窄长的深洞洪流动态，深洞和表洞洪流在空中互相穿插下泄，该过程中不断发生碰撞，有利于降低泄流时雾化的强度，能够促使水塘基板冲击动压减小。
1.2优化释力塘安保布局
大坝下游的释力塘安保布局形式主要包括：反拱基板、平基板、护坡不护底等。大坝的释力塘的基板被破坏的实例较多，练继建等人研究了各种大坝安保布局的破坏模式。还包括基板块断裂破坏的新破坏模式结合拉西瓦、向家坝等工程的释力塘模型试验，得出的冲击压强、点脉动压强、上举力的统计量化关系可供策划参考。
基于粘结滑移理论，non-linear接触理论，练继建等人研究出一种non-linear耦合静动力分析方法，模拟大坝锚固钢筋产生的粘结滑移，释力塘和基板之间的接缝以及拱座、基板、基岩和边坡间的接触面， 能够反馈释力塘反拱基板与失稳机制的受力特点。该模型对反拱释力塘布局在动力负载或静力负载下的non-linear耦合响应进行分析。[1]
2.泄流颠簸控制
2.1泄流颠簸模拟试验与原型勘查验证
大坝排水布局全水弹性试验模拟指的是能够全方位模拟布局体系动力特性、水动力特性及洪流布局耦合动力效应的试验模拟， 即洪流动力负载、水体、布局、基础四位一体的耦合动力系统的模拟。
进行大坝排水布局全水弹性试验的理论基础是洪流动力负载洪流脉动压力近似律， 其中洪流脉动频率压力近似律是近似理论研究中理论难题。通过模型原型对比与系列比尺模型试验分析说明脉动压力频谱与重力近似律相符合。
研究各类重大排水布局可采用采用全水弹性模型试验（水工闸门、高薄拱坝、导墙、溢流厂房等） 的颠簸响应特性和流固耦合模态特性。运用全水弹性模型能够模拟附属布局、水体等对排水布局模态特性的影响， 基于水弹性模型对排水布局的模态参数进行测试识别， 能够揭示出排水布局的耦合动力系统模态特性。
2.2泄流颠簸响应分析与排水布局优化策划
在对大坝排水布局耦合力響应的研究中，关键是正确认识洪流脉动负载时空相关特性，来提高大坝排水布局的流激颠簸响应方面的预测精确度；练继建等把遗传算法与耦合颠簸理论相结合，提出了排水布局颠簸的响应以及振源的反馈分析法，能够反馈分析各激振源负载的外延和修正、整体特征试验结果，实现利用有限的动力响应的实测值来反映出布局的整体动力响应场与最大值。
2.3基于泄流共振响应的排水构造损伤的动态检测诊断
随着我国大量大型的水利水电工程的建成运行，对重大排水布局动态检测诊断技术的需求也显得日益迫切。以大坝排水布局的工作环境纷乱的特点出发，近年来我国提出了基于排水激励奇异熵定阶降噪的排水布局颠簸模态ERA的损伤评估方法与识别方法，建立了排水布局安全动态诊断检测系统，以及排水布局的模态参数。
3.泄流雾化安保
水电站泄流时，会在一定范围内产生特大浓雾或降雨，对枢纽电站设备和建筑物的正常运转、周围环境、交通安全、以及边坡稳定等产生严重影响，所以泄流雾化安保是水利水电工程的关键技术之一。泄流雾化是一种非常纷乱的水汽二相流，其运动方式既受泄流流量、水头和泄流方法的影响， 又受当地地形、气象气候等条件的制约，涉及到空气动力学水力学、和降水物理学等诸多学科问题。不管是原型勘查，还是数值模拟或者物理模型试验都是有很大难度的。[2]
4.掺气减蚀
泄水建筑往往在高速洪流作用下容易发生空蚀破坏现象，在工程中一般会采用强迫掺气减蚀的方法，近年来，在对掺气减蚀设备防回水、防止侧墙掺气减蚀等设备的研究取得了一定的进展 。以往在维护过流面基板时往往会忽视其侧墙。为了减轻低压区域和高流速区域的侧墙产生空化空蚀，开发新的侧墙掺气减蚀技术。实践证明，如果反弧段掺气坎的空气如果受到反弧段离心力的影响，里面的气泡就会加速上浮，达到反弧末端的时候掺气浓度已经降得很低，而此时反弧段下面自掺气向全深水尚不充分散射，导致反弧段后面就很容易出现清水三角区。反弧末端如果采用侧墙贴角就能够形成侧空腔来进行侧掺气， 即使有较小的侧空腔，也能够显著改善反弧段下方的近壁掺气效果， 有削减原边墙清水区。
5.安全监测与预警
提高泄水建筑物安全性的包括是通过变更泄水建筑物的策划理念， 做好其安全储备工作；实施有效的科学诊断、安全监控、及时预警， 尽量避免灾难性的安全事故发生。以往主是以优化泄水建筑物的策划来提高建筑安全性，现在是依靠对水工模型的试验数据并利用数学模拟的成果来提高安全性。水工模型试验数据近似率有时候与工程实际存在有一定偏差。目前仍急需通过原型、模型的综合试验数据来反馈、对比析来深入探索、钻研、讨论近似率的问题对泄流安全与各水力要素之间的影响。水电站在策划初的工作一般是选择特定的水位流量下的水力学问题进行研讨工作，但其结果难以具体反映出工程在实际的运行中可能会发生的不利状况。[3]
6.结束语
目前我国依然有大批的世界级的大坝水利水电工程正在准备建设中，水力学理论技术的发展水平与我国大坝工程对经济性与安全性的要求仍有许多差距。还迫切需加强三个方面的研究：一是在目前大坝工程针对特殊洪流的机理与计算方法的研究。二是关于继续进行大坝泄流新技术的开发。三是针对大坝排水的布局，使用过程中的动态监测、评价、诊断、控制和预警提出新的理论与技术要求。
【参考文献】
[1]李乃稳，许唯临，周茂林，田忠.高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究[J].水利学报，2008（08）.
[2]杨弘，练继建，冯永祥，王锋辉.高坝水垫塘泄洪安全实时监控系统研究[J].水力发电学报，2008（03）.
[3]练继建，李松辉.基于支持向量机和模态参数识别的导墙结构损伤诊断研究[J].水利学报，2008（06）.