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水 利 学 报

2021 年 10 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 10 期

文章编号：0559-9350（2021）10-1240-09

高拱坝溢流表孔分流齿坎的布置体型与作用效果

孙双科 ，徐建荣 ，柳海涛 ，彭 育 ，薛 阳 2
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（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）
摘要：在高拱坝工程溢流表孔上设置分流齿坎具有分散水舌能量、降低下游水垫塘底板冲击压强的作用，是一种
颇具竞争力的体型优化技术措施。本文结合采用 6 表孔与 7 深孔布置的白鹤滩水电站，开展了坝身泄洪水工模型
试验研究，系统研究了溢流表孔分流齿坎的布置方法、细部结构体型及其作用效果。研究发现，该工程 1 表孔出
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口采用外侧单边齿坎、4 表孔出口采用双侧边齿坎的分流齿坎布置方法，是降低下游水垫塘底板冲击压强的较优
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布置方案。针对分流齿坎的宽度与挑角开展的进一步研究发现，单个分流齿坎的宽度宜取表孔出口宽度的 0.18～
0.23 倍、挑角宜采用 15°～20°，是较佳的细部结构布置参数。上述研究成果可供类似工程参考。
关键词：分流齿坎；表孔；消能；水垫塘底板；冲击压强
中图分类号：TV131.61 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20201033

1 研究背景

高拱坝是我国大型水电站的主力坝型之一，自 1998 年二滩水电站 ［1-4］ 建成投产以来，我国又陆续
建成了小湾 ［5-7］ 、溪洛渡 ［8-11］ 、锦屏一级 ［12-13］ 、构皮滩 ［14-17］ 、白鹤滩 ［18-19］ 等 300 m 级大型高拱坝工程，
其中锦屏一级水电站最大坝高 305 m，是目前世界第一高拱坝工程，白鹤滩水电站总装机容量 16 000 MW，
是我国仅次于三峡水电站的第二大水电站。另外，坝高 270 m 的乌东德 ［20-22］ 水电站也正在建设中。
我国大型水电站普遍存在水头高、流量大的技术特点，在枢纽布置与泄洪消能方面面临巨大挑
战，大型高拱坝工程由于大多布置于狭窄的深切河谷段，更加大了相关问题的技术难度 ［23］ 。如表 1 所
示，我国几座代表性高拱坝工程坝身泄量 10 100 ~ 32 278 m /s，上下游总落差 140 ~ 225.9 m，而枯水
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期下游河道宽度则在 100 m 以内，足见相关研究的技术难度。
为解决枢纽布置与泄洪消能技术难题，我国高拱坝工程大都采用了坝身开孔泄洪和岸边泄洪洞
分流的总体布置格局与利用下游人工水垫塘消能的泄洪消能布置方案 ［24-25］ ，在坝身泄水建筑物布置
上，通过布置表孔与深（中）孔双层孔口，并采用不同的鼻坎高程与出射角度，形成多层多点大差动
出流，以分散挑流水舌跌入下游水垫塘时的入水能量分布，并通过水舌的空中碰撞促进消能，最终
实现降低水垫塘底板冲击压强与脉动荷载的目标。
在坝身泄水建筑物体型优化布置方面，深（中）孔由于孔身短且流速高，通常采用工作弧门布置
于出口的有压长管布置方式，主要通过优化流道轴线偏转角度与出口鼻坎挑角进行挑流水舌流态控
制；而溢流表孔由于泄槽内流速通常为 20 m/s 左右，量值不大，为实施体型优化提供了更多的技术
可能性，除通过调整鼻坎出射角实现分层多点入水之外，还可以采用促进水舌横向扩散的舌型坎、
促进水舌纵向扩散的宽尾墩、以及进一步分散水舌的分流齿坎等优化技术 ［24-25］ 。上述技术措施在我国
大型高拱坝工程设计与科研的不同阶段都进行过大量试验研究与分析论证，为最终方案的确定发挥
了重要作用。

收稿日期：2020-12-14；网络首发时间：2021-08-31
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210830.1651.003.html
作者简介：孙双科（1966-），博士生导师，教授级高级工程师，主要从事水工水力学研究。E-mail：sunsk@iwhr.com
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