摘要：以新疆阿尔塔什水利枢纽泄洪建筑物为研究对象，通过1∶50水工模型试验比选消能方式，对比研究了采用平底板水垫塘方案下的塘内水动力特性和采用护坡不护底方案下的水垫塘冲刷形态。通过脉动压力与上举力的分布，推测了水垫塘的可能破坏范围；通过流态分析和冲刷分析，对挑坎体型进行了优化。不同型式挑坎对水垫塘的冲刷影响的比较分析表明，优化后的挑坎能够起到调整水舌和冲坑形态、减少坡脚冲刷的作用，经优化后该工程水垫塘采用护坡不护底的方案是可行的，并可供类似工程参考。
关键词：模型试验；消能防冲；水力特性，冲刷；挑坎优化；曲面贴角
中图分类号：TV135 文献标志码：A 文章编号：
16721683（2016）05012406
Selection of Energy Dissipation Scheme in Plunge Pool for Altash Project
ZHAO Xing，YANG Min，QI Chunfeng
（State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China）
Abstract：In this paper，Altash hydropower station was chosen as the research object.The best energy dissipation scheme was selected based on 1∶50 hydraulic model.It could be studied by comparing the hydraulic characteristics in the flat bottom water cushion pool and scouring patterns in the cushion pool with lining slope but no bottom protection.By measuring pulsating pressure and uplift force，the possible damage range in the cushion pool could be predicted.And through the analysis of the flow pattern and scouring patterns，the shape of flip bucket of spillway tunnel could be optimized.The comparative study showed that the optimized flip bucket could change trajectory nappe forms，adjust scour pit shapes，reduce the slope erosion and it was feasible for this cushion pool to adopt the form of the lining slope but no bottom protection with the optimized flip bucket.The results can provide reference for similar projects.
Key words：model test；energy dissipation and erosion control；hydraulic characteristics；sediment scour；shape optimization for flip bucket；curved surface bucket
20世纪以来，我国高拱坝设计高度逐渐增加，其中，二滩水电站最大坝高达到240 m，通过大量试验与研究论证，二滩采用了“坝身表中孔联合分层泄水，水舌空中碰撞消能，下设水垫塘二道坝消能，辅以岸边泄洪洞泄洪”的建筑物布置与消能方式，之后的工程（如：小湾水电站等）大都采用了这种“二滩模式”。这种衬砌水垫塘通过板块锚固、止水缝设计、缝间止水、底板下排水等可以在一定程度上保护下游不受破坏。但是，当水垫塘的设计不当或施工质量不满足要求时，衬砌水垫塘也会发生破坏。比较典型的有俄罗斯的萨扬·舒申斯克水电站、我国的五强溪水电站[1]、安康水电站[2]鱼塘水电站等，在运行一段时间后消力池底板均出现了一定程度的破坏需要及时修复。而随着新建待建大坝的量级达到300 m级，水垫塘底板破坏的可能性更大。
在水垫塘基岩条件较好时，不一定要衬砌水垫塘，只需对冲刷部位预挖、对断层进行处理、基岩锚固和两岸护坡等，其造价比衬砌水垫塘低得多。由此，提出了“护坡不护底水垫塘”的方案。国内外已有一些工程采用这种水垫塘，证明了不衬砌水垫塘具有控制消能防冲、提高工程经济效益等优势。如土耳其的伯克坝[3]、南非的卡其坝[4]利用加高二道坝来形成不衬砌水垫塘；巴西的图库鲁伊溢洪道采用预挖冲坑。国内的莲花水电站[5]、水布垭水电站[6]、糯扎渡水电站[7]下游也采用了预挖不衬砌水垫塘。特别是巴西的图库鲁伊大坝的不衬砌水垫塘成功渡过了11 000 m3/s的洪水[8]，证明了不衬砌水垫塘有良好的消能防冲作用。
对于本工程来说，下游覆盖层较深、基岩较好，下游有充足水垫，因此考虑采用预挖护坡不护底水垫塘，并通过调整挑坎体型减小下游冲刷。
1 工程概况
阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，为大（1）型Ⅰ等工程。枢纽工程泄水建筑物由表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞组成。表孔溢洪洞共布设两条，均位于左岸山体中；中孔泄洪洞位于左岸1号表孔溢洪洞与2号表孔溢洪洞右侧，其洞身段轴线与表[CM（22]孔溢洪洞轴线平行，且与1号溢洪洞洞身段的轴线