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在水库泄洪过程中，泄洪排沙洞下泄水流的过大
能量会对水电站的泄流结构建筑物安全及运转造成严
重威胁
[1-3] 。为保证水电站的正常运营，常采用掺气
旋滚、设置消力池及设置台阶等措施对水流进行消能
处理
[4-5] 。设置台阶作为一种常用的消能方式，是利
用水流跌落回弹的多次水跃来耗散水流的能量
[6-7] 。
Essery
[8]通过阶梯溢流坝试验研究，得出台阶式
泄洪排沙洞在阶梯面的典型特点分为跌落流、过渡流、
滑行流。 以重庆磨刀碛水电站泄洪排沙洞资料为依据，依
托河南洛宁抽水蓄能电站项目，进一步研究台阶倾角
对泄洪排沙洞陡槽段水流流态及水利性能影响规律，
通过三维建模分析，分析不同倾角工况下水流的流态 分布形态，并对比实际消能效率。
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工程概况
洛宁抽水蓄能电站是一座泄洪的大型水利枢纽工
程，设计洪水概率为千年一遇，隧道底板分两级斜坡，
分别为 12.5%和5%，最大过流能力为 605 m
3/s。隧
道全长 1 590 m，洞身断面呈城门洞型，进出口高差
175 m。泄洪排沙洞的出口剖面如图 1所示。
图1 泄洪排沙洞的出口剖面示意
台阶倾角对泄洪排沙洞水流流态及
水利性能影响规律分析
李吉祥
（中铁十四局集团第二工程有限公司，河南洛阳 471000 ）
[摘 要 ] 相较于光滑泄洪排沙洞，台阶式泄洪排沙洞便于机械化施工、消能率高、掺气效果显著，在
国内外水利水电工程中得到了广泛的应用。为进一步研究台阶倾角对泄洪排沙洞水流流态及水利性能影响
规律，同时为实例工程提供参考依据。以河南洛宁抽水蓄能电站项目为依托，设计4 种泄洪排沙洞的台阶倾
角工况，台阶倾角分别为0 °、5°、15°、25°，在4 种工况下对水流流场、水流流速、台阶压强及消能率
的数值模拟研究计算可得：工况三条件下，水流的出口流速值最低，消能效率为67.58%，优于其他工况。
[关键词 ] 台阶倾角；消能率；流速；压强
[中图分类号]
TU 712.3 [文献标志码] A [文章编号] 1001
-523X
(2022
)16
-0152
-03
Influence l aw of Step Incl Inat Ion on flow pattern and Hydraul Ic
p erformance of flood dIScH arge and SedI ment
dIS cH arge tunnel analy SIS
Li Ji-xiang
[abstract
]
Compared with smooth flood and sediment discharge tunnel, stepped flood and sediment discharge
tunnel is convenient for mechanized construction, high energy dissipation rate and remarkable aeration effect. It
has been widely used in water conservancy and hydropower projects at home and abroad. In order to further study
the influence law of step inclination on flow pattern and hydraulic performance of flood discharge and sediment
discharge tunnel, and provide reference basis for example engineering. Based on the project of Henan Luoning
pumped storage power station, this paper designs four kinds of step inclination conditions of flood discharge and
sediment discharge tunnel, with step inclination angles of 0° , 5°, 15° and 25° respectively. The numerical
simulation of flow field, flow velocity, step pressure and energy dissipation rate under the four conditions shows
that under scheme 3, the flow rolling scale is the largest and the outlet flow velocity is the lowest. The dissipation
efficiency with 67.58% is higher, which is better than other wor
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