高壩泄洪霧化工程防護(hù)措施研究進(jìn)展

韓喜俊，渠立光，程子兵

（長江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010）

高壩泄洪霧化工程防護(hù)措施研究進(jìn)展

韓喜俊，渠立光，程子兵

（長江科學(xué)院水力學(xué)研究所，武漢 430010）

高壩泄洪形成的霧化現(xiàn)象對樞紐下游建筑物運(yùn)行、兩側(cè)岸坡穩(wěn)定及生態(tài)環(huán)境可能造成危害，嚴(yán)重時可危及樞紐本身安全。伴隨著系列原型觀測、數(shù)學(xué)模型及物理模型試驗(yàn)等形成的霧雨強(qiáng)度預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，泄洪霧化工程防護(hù)由被動的霧化—破壞—修復(fù)逐漸演變?yōu)樵陬A(yù)測雨強(qiáng)及其范圍基礎(chǔ)上進(jìn)行工程防護(hù)，并逐步與消能建筑物、高邊坡的分區(qū)、分段防護(hù)相結(jié)合。通過對系列工程霧化防護(hù)措施調(diào)研，對高壩泄洪霧化工程防護(hù)相關(guān)研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，認(rèn)為不同防護(hù)材料在不同雨強(qiáng)的破壞特性及霧化對生態(tài)環(huán)境的影響是今后泄洪霧化工程防護(hù)措施研究的重要方向。關(guān) 鍵 詞：泄洪霧化；防護(hù)措施；預(yù)測技術(shù)；霧化分區(qū)；研究進(jìn)展

1 研究背景

泄洪霧化工程防護(hù)措施是隨著對泄洪霧化認(rèn)識的深入而逐漸發(fā)展的。20世紀(jì)60年代前，底流消能作為泄洪消能主要的消能方式［1］在國內(nèi)外中、低水頭水利樞紐中被廣泛應(yīng)用，底流消能工霧化輕微，對消能建筑物及下游岸坡無明顯危害，泄洪霧化對工程的潛在危害并未引起足夠重視；60年代以來，隨著新建樞紐壩高、水頭、單寬流量的增加，若采用底流消能需修建規(guī)模巨大的消力池，工程投資巨大［2］，且對下游水位的適應(yīng)性較差，而挑流消能工程造價低、體型結(jié)構(gòu)簡單、消能較好，尾水適應(yīng)性較好，逐漸成為中、高水頭水利樞紐應(yīng)用最廣泛的消能方式。據(jù)不完全統(tǒng)計，國外403座高于100 m的高壩中，采用挑流消能的達(dá)378座，約占93．8%，壩高超過200 m的高壩中，僅有4座采用底流消能，其余均采用挑流消能［3］。

在20世紀(jì)90年代，隨著國內(nèi)高壩建設(shè)技術(shù)的不斷提高，世界高壩建設(shè)中心由西方和前蘇聯(lián)迅速轉(zhuǎn)移至我國，而我國高壩建設(shè)的重點(diǎn)集中在西南地區(qū)［4］。該地區(qū)水電工程具有高水頭、大流量、高流速、窄河谷、巨泄洪功率等特點(diǎn)，泄洪消能成為工程設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)難題，甚至成為樞紐布置型式成敗的關(guān)鍵。為提高挑流消能工消能率，多采用“縱向拉開、橫向擴(kuò)散、空中碰撞、分層入水”的設(shè)計原則［5］，在該設(shè)計理念基礎(chǔ)上，研究出了寬尾墩、窄縫式挑坎、分流齒坎、摻氣分流墩、對沖挑坎、挑跌流碰撞［6］等一批新型消能Ⅰ，消能效果較好。但其主要缺點(diǎn)之一是造成霧化嚴(yán)重，對消能建筑物或下游岸坡形成破壞，甚至危及樞紐運(yùn)行安全。

本文以泄洪霧化危害、預(yù)測技術(shù)的發(fā)展為主線，結(jié)合具體工程，研究泄洪霧化工程防護(hù)措施的發(fā)展，總結(jié)提煉已有研究成果，研究工程防護(hù)措施與霧雨強(qiáng)度的適應(yīng)性，深化霧化工程防護(hù)措施的研究。

2 早期工程的泄洪霧化環(huán)境影響及防護(hù)措施

隨著新型消能工在高壩挑流消能工的普及應(yīng)用，挑射水流引起下游局部地區(qū)霧化不可避免，給工程帶來不利影響。由于早期對泄洪霧化的形成機(jī)理及危害缺乏足夠認(rèn)識，加之該階段水利工程壩高超100 m，泄洪水頭、流量及泄洪功率均不大，樞紐布置及新型消能工的消能效果為設(shè)計重點(diǎn)關(guān)注，相應(yīng)的下游消能建筑物的安全防護(hù)為設(shè)計重點(diǎn)研究方向，而對泄洪霧化可能影響的廠房布置、開關(guān)站位置、進(jìn)廠公路及生活區(qū)的安全缺乏認(rèn)識而基本未考慮防護(hù)。該階段泄洪霧化防護(hù)多在泄洪引起霧化破壞后在破壞區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。根據(jù)國內(nèi)一些已建工程運(yùn)行時泄洪霧化的破壞情況來看，泄洪霧化對工程的危害和防護(hù)措施可概括如下。

2．1 廠房淹沒及預(yù)防措施

如果水電站廠房位于泄洪霧化暴雨區(qū)范圍內(nèi)，泄洪時將形成暴雨徑流，若對泄洪雨強(qiáng)認(rèn)識不足或廠房排水不暢，極易引起積水致使廠房進(jìn)水。黃龍?zhí)端娬荆?］在1980年6月24日泄洪時，洪峰流量為11 500 m3／s，約為50年一遇，歷時33 h，水舌經(jīng)差動鼻坎射向空中，水霧密集，水舌入水點(diǎn)在廠房附近。由于未充分考慮泄洪霧化影響，廠房基本被強(qiáng)降雨籠罩，廠房被淹，廠內(nèi)電機(jī)室水深達(dá)3．9 m，停止發(fā)電49 d，少發(fā)電2億kW·h。

黃龍?zhí)端娬緩S房淹沒事故主要有2個原因組成：①洪水預(yù)報技術(shù)落后，當(dāng)時每6 h預(yù)報一次降雨量，且對洪峰來流量估計不足，洪峰流量預(yù)報最大為8 000 m3／s，而實(shí)際達(dá)11 500 m3／s；②對泄洪霧化影響缺乏認(rèn)識，廠房區(qū)位于霧化強(qiáng)降雨區(qū)。針對存在的問題提出了相應(yīng)的預(yù)防工程措施：①加強(qiáng)洪水預(yù)報，通過調(diào)度優(yōu)化泄流方式，使泄洪通道盡量遠(yuǎn)離廠房區(qū)域；②在廠房前修建擋水門，泄洪時關(guān)閉，防止霧雨進(jìn)入廠房。

2．2 機(jī)電設(shè)備損壞及霧化防護(hù)

濃霧暴雨區(qū)空氣含水量大，易使輸變電線路放電、閃絡(luò)、跳閘等，給正常運(yùn)行帶來困難。如新安江水電站［8］1983年泄洪時，因霧化降雨，使距壩下150 m左右處220 kV變壓器7跨中有2跨跳閘，機(jī)組被迫停電；劉家峽水電站［9］在春季泄洪時，由于地處寒冷地區(qū)，輸電鐵塔出現(xiàn)由霧化水流引起的冰凍、冰掛，迫使線路停電；白山水電站［10］1986年泄洪時，挑射水流的水霧飄向空中，籠罩著河床和整個地面開關(guān)站，氣流卷著雨點(diǎn)撲向開關(guān)設(shè)備，此時發(fā)現(xiàn)各開關(guān)支持瓷套有放電現(xiàn)象，晚間可見成片放電火花，且下泄水流沖擊河床堆渣，致使飛石將臨時輔助開關(guān)站、電器設(shè)備砸壞10余處。

由于對泄洪霧化影響估計不足，輸、變電線路被布置在泄洪霧化影響范圍內(nèi)，泄洪霧化對機(jī)電設(shè)備的影響不可避免。為保障輸變電線路正常運(yùn)行，提出了相應(yīng)的霧化防護(hù)對策：①優(yōu)化調(diào)度方式，對于春季洪峰，采用提前降低庫水位泄洪方式減小泄洪霧化影響；②對于主汛期泄洪，霧化影響難以避免，相應(yīng)的變壓器跳閘、開關(guān)設(shè)備成片發(fā)電、飛石炸壞開關(guān)站等現(xiàn)象不能根除，為保障輸電線路正常運(yùn)行，在霧化影響范圍外修建備用輸電線路，專供樞紐泄洪時使用。

2．3 滑坡、岸坡垮塌及工程防護(hù)

泄洪霧化形成的強(qiáng)降雨，一方面直接沖蝕下游岸坡，另一方面侵入巖體，增加巖體的滑動力，誘發(fā)滑坡。如龍羊峽水電站［11］，在1989年7月泄洪時，泄洪形成的強(qiáng)水霧作用在虎山坡不穩(wěn)定巖體上，致使巖體全面大規(guī)模失穩(wěn)下滑，失穩(wěn)方量約為81萬m3，約17萬m3進(jìn)入河床；李家峽水電站［12］因霧化水流入滲巖體裂縫中，引起泄洪消能區(qū)左岸邊坡失穩(wěn)下滑，危及泄洪建筑物的安全。

針對泄洪霧化引起下游岸坡垮塌及山體滑坡現(xiàn)象，在總結(jié)教訓(xùn)基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的霧化工程防護(hù)措施：①加強(qiáng)地質(zhì)勘測，對樞紐下游岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對于不穩(wěn)定巖體，采用挖除或設(shè)抗滑樁等措施，控制巖體的發(fā)展，同時加強(qiáng)水位、變形等監(jiān)測；②進(jìn)行原型霧雨觀測，確定泄洪霧化雨強(qiáng)及范圍，根據(jù)雨強(qiáng)范圍對不穩(wěn)定巖體提出工程防護(hù)措施。

2．4 影響交通及對策

在泄洪濃霧強(qiáng)降雨區(qū)，暴雨如注，能見度低，且常伴有大風(fēng)，致使交通困難或中斷。劉家峽水電站、左岸泄水道泄水時，右岸為強(qiáng)降雨區(qū)，進(jìn)廠公路基本中斷，為此專修一條200 m長的防霧廊道；其它如風(fēng)灘水電站［13］、東江水電站［14］、新安江水電站、漫灣水電站［15］等，均出現(xiàn)由于泄洪霧化影響進(jìn)廠公路交通中斷現(xiàn)象。

對于處于泄洪濃霧強(qiáng)降雨區(qū)的進(jìn)廠公路，為保障交通運(yùn)行安全，其主要對策為：①對于交通流量不大的進(jìn)廠公路，汛期泄洪期間設(shè)置警示牌，禁止車輛通行；②對于承擔(dān)重大交通流量的電站進(jìn)廠公路，為避免交通中斷及保障交通安全，應(yīng)修建防霧廊道。

2．5 影響工作、生活及對策

柘溪水電站［16］泄洪時，樞紐下游濃霧彌漫，在水流入水點(diǎn)附近形成長約300 m的濃霧區(qū)，霧流升騰約150 m高，向樞紐下游方向逐漸變淡，霧流擴(kuò)散影響到距大壩約800 m的下游山頭；工程局辦公樓及一部分生活區(qū)建在左岸山頭，處在霧化影響區(qū)內(nèi)，泄洪時該處出現(xiàn)大風(fēng)暴雨，影響工作，被迫將辦公大樓遷往右岸下游。

霧化防護(hù)工程措施：辦公大樓、生活區(qū)易地重建。

2．6 影響環(huán)境

當(dāng)泄洪水流中泥沙量較大時，泄洪時隨著霧化水流飄散，形成泥霧。如青銅峽水電站［17］在泄洪時產(chǎn)生的泥霧不僅影響環(huán)境，還使露天設(shè)備、儀器表面蒙上一層泥污，影響設(shè)備的正常運(yùn)行及使用壽命。

早期由于缺乏對泄洪霧化危害的有效認(rèn)識，防護(hù)措施多是在工程受泄洪霧化破壞后開展的有針對性的重點(diǎn)防護(hù)，部分工程通過組織泄洪霧化原型觀測，判斷強(qiáng)降雨區(qū)范圍，進(jìn)而開展相應(yīng)的防護(hù)措施。

3 泄洪霧化復(fù)合預(yù)測技術(shù)發(fā)展

隨著對泄洪霧化工程危害認(rèn)識的加深，水利科研人員普遍認(rèn)為在霧化破壞后進(jìn)行工程防護(hù)不能滿足高壩安全運(yùn)行要求，有必要對泄洪霧化的形成機(jī)理、霧雨強(qiáng)度及影響范圍進(jìn)行深入研究。

經(jīng)過科研工作者多年研究，對泄洪霧化形成機(jī)理已逐步形成較為統(tǒng)一的認(rèn)識。公認(rèn)的造成泄洪霧化的霧源有2部分組成：一是水舌擴(kuò)散摻氣引起的，尤其是多股水體在空中交叉碰撞、擴(kuò)散；二是水舌入水噴濺［18］產(chǎn)生的。天津大學(xué)劉宣烈等［19］對水舌擴(kuò)散摻氣和水舌入水噴濺霧化均進(jìn)行了深入研究：通過研究水舌在空中的運(yùn)動特性和摻氣擴(kuò)散過程，初步得到了水舌斷面含水濃度、沿程變化以及參數(shù)間的關(guān)系式；通過特定的噴濺模擬實(shí)驗(yàn)，將入水噴濺現(xiàn)象分為撞擊、濺水、流動3個階段；通過特殊的化學(xué)試紙，研究各階段的影響范圍及霧雨強(qiáng)度。柴恭純［20］、陳端等［21］分別通過原型觀測對比分析和物理模型泄洪霧化成果的綜合分析，認(rèn)為水舌入水激濺是樞紐泄洪霧化的主要霧化源。

對于泄流霧化范圍的分級和分區(qū)，目前尚未形成完全一致的認(rèn)識。有的學(xué)者根據(jù)原型觀測結(jié)果按降雨強(qiáng)度分為水舌濺水區(qū)、強(qiáng)暴雨區(qū)、強(qiáng)降雨區(qū)、弱降雨區(qū)和無降雨區(qū)［22］。在此基礎(chǔ)上，部分學(xué)者根據(jù)霧雨強(qiáng)度的大小提出了初步的工程防護(hù)措施：降雨強(qiáng)度50 mm／h以上區(qū)域，采用漿砌石、噴錨混凝土及鋼筋混凝土配合排水系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)；50 mm／h以下區(qū)域，采用清理危石、松動巖體等清坡措施。

泄洪霧化預(yù)測的研究手段主要有3種：原型觀測、數(shù)值模擬和物理模型［23］。原型觀測是研究霧化的主要手段之一。其主要理論是通過積累原型觀測資料分析得到一些相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，以此來預(yù)測預(yù)報其他工程的泄洪霧化影響。國內(nèi)有關(guān)科研和設(shè)計單位已對東江、魯布革［23］、東風(fēng)［24］、白山［25］、鳳灘、灣塘［26］、劉家峽、李家峽、龍羊峽、小浪底［27］、二灘［28］、江埡［29］、水布埡等20多個水利樞紐泄洪霧化進(jìn)行了原型觀測研究。天津大學(xué)劉宣烈教授通過收集一些已建工程原型觀測霧化資料，經(jīng)統(tǒng)計分析后，根據(jù)壩高對擬建的工程霧化范圍提出以下估計式［30］。濃霧區(qū)：縱向范圍L＝（2．2～2．4）H，橫向范圍B＝（1．5～2．0）H，高度T＝（0．8～1．4）H；薄霧區(qū)：縱向范圍L＝（5．0～7．5）H，橫向范圍B＝（2．5～4．0）H，高度T＝（1．5～2．2）H。但泄洪霧化影響因素復(fù)雜，水舌形態(tài)、下游岸坡型式、水舌風(fēng)等均對雨區(qū)及霧區(qū)的范圍有較大影響，單純從壩高考慮樞紐泄洪霧化影響范圍顯然是有一定偏差的，且由于泄洪霧化多發(fā)生在峽谷高壩，觀測條件惡劣，在資料的完備性及精度方面均有所欠缺。

物理模型試驗(yàn)是指建立一定比尺的水工模型，量測模型的降雨強(qiáng)度然后按一定的相似關(guān)系引申至原型。模型試驗(yàn)是原型觀測的延伸和補(bǔ)充，避免了原型觀測受時間和其他條件的限制，可以進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。但采用大比尺模型進(jìn)行泄洪霧化模型試驗(yàn)，仍然存在模型縮尺效應(yīng)問題。各科研機(jī)構(gòu)對模型律的研究取得一些進(jìn)展，但對原型、模型的模型律的認(rèn)識并不一致，需進(jìn)行進(jìn)一步深入研究。

南京水利科學(xué)研究院通過對烏江渡［31］、小灣［32］、溪洛渡等水電站，長江科學(xué)院對江埡、水布埡［33］、構(gòu)皮灘［34］等水電站以及其它科研單位對巖灘、安康、珊溪等水電站開展了大比尺模型試驗(yàn)，觀測泄洪霧化降雨強(qiáng)度、雨強(qiáng)分布和影響范圍。南京水利科學(xué)研究院通過對烏江渡1∶35，1∶60，1∶80和1∶100系列比尺研究，提出泄洪霧化模型相似需滿足2個條件：①模型中水流表面韋伯?dāng)?shù)We＞500，克服表面張力的影響；②模型中水流流速V≥6．0 m／s，滿足水流摻氣相似，并建立了模型與原型雨強(qiáng)比尺與幾何比尺的關(guān)系為Sr＝Lr1．53～1．64。其它科研單位對東風(fēng)、巖灘和安康的物理模型建立的模型律關(guān)系為Sr＝Lr0．51～0．74。二灘水電站根據(jù)烏江渡模型律預(yù)測了降雨強(qiáng)度及范圍，并指導(dǎo)原型工程防護(hù)，但在原型泄洪中，所測的霧雨強(qiáng)度較預(yù)測大，下游岸坡在泄洪時出現(xiàn)坍塌，表明該模型律仍存在進(jìn)一步深入研究的必要。

長江科學(xué)院在對江埡、水布埡、構(gòu)皮灘等水電站進(jìn)行大比尺物理模型泄洪霧化試驗(yàn)時，尤其是江埡水利樞紐原型、模型雨強(qiáng)比較分析時，發(fā)現(xiàn)不滿足上述的任何一種模型律，而且偏差較大。通過對試紙上降雨雨滴的進(jìn)一步分析，認(rèn)為霧雨雨滴由數(shù)量眾多但粒徑較小的優(yōu)頻雨滴和粒徑較大數(shù)量有限的優(yōu)勢雨滴［35］組成。通過對其受力分析，認(rèn)為2種雨滴滿足不同的模型律，降雨雨強(qiáng)的模型律應(yīng)該是二者的線性組合。該項(xiàng)試驗(yàn)研究分析擬合得到泄洪霧化的降雨強(qiáng)度模型律為：RmgLr1．0～1．2。其中Rp為模型換算至原型的雨強(qiáng)，Rmf和Rmg分別是優(yōu)頻和優(yōu)勢雨滴的雨強(qiáng)。

總體來說，物理模型試驗(yàn)直觀性好，能定量描述，也積累了很多研究經(jīng)驗(yàn)，目前的研究成果基本能夠滿足工程要求。但由于泄洪霧化是一個非常復(fù)雜的水、氣兩相流物理現(xiàn)象，涉及到水舌的破碎、碰撞、激濺、擴(kuò)散等眾多物理過程，在通過模型模擬原型的水流霧化時，物理模型相似關(guān)系（模型律）的精確性研究仍有待于進(jìn)一步探索。

隨著對泄洪霧化機(jī)理的認(rèn)識及計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計算方法的快速發(fā)展，結(jié)合原型觀測資料成果，科研工作者通過數(shù)學(xué)模型建立了各影響因素與霧化范圍和強(qiáng)度的關(guān)系，為泄洪霧化影響范圍和降雨強(qiáng)度的做出了預(yù)測。基于不同工程泄洪霧化觀測資料的分析，天津大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院［36］、四川大學(xué)［37］、中國水利水電科學(xué)研究院［38］等水利科研單位的研究者都提出了泄洪霧化影響縱向范圍、橫向范圍以及降雨強(qiáng)度等和各影響因素的關(guān)系公式。武漢大學(xué)劉士和和梁再潮［39］建立數(shù)學(xué)模型對水滴拋射運(yùn)動軌跡和水滴與水面碰撞過程等進(jìn)行數(shù)值計算分析，可對濺水范圍、影響區(qū)域及霧源量進(jìn)行估算。中國水利水電科學(xué)研究院的柳海濤等［40］則開發(fā)了隨機(jī)濺水?dāng)?shù)學(xué)模型，通過引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，實(shí)時判別水滴的當(dāng)?shù)仫L(fēng)速與飛行終止條件，使模型具備模擬復(fù)雜地形與風(fēng)場下濺水分布的能力。彭新民等［41］同樣以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建立了挑流泄洪霧化數(shù)學(xué)模型模擬了漫灣水電站的泄洪霧化。通過數(shù)學(xué)模型預(yù)測降雨強(qiáng)度及范圍，為后續(xù)工程霧化防護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

4 霧化分級、分區(qū)防護(hù)措施研究

由于對泄洪霧化現(xiàn)象的深入研究，加之原型觀測、物理模型和數(shù)值模擬3種研究方法的飛速發(fā)展，泄洪霧化預(yù)測技術(shù)已基本成熟，水利工程由以前的破壞—防護(hù)—觀測被動的防護(hù)措施逐漸向預(yù)測—防護(hù)—觀測的主動的防護(hù)措施轉(zhuǎn)變，使泄洪霧化分級、分區(qū)防護(hù)措施研究成為可能。

根據(jù)已建工程的泄洪霧化原型觀測資料，結(jié)合水利科研工作者對霧源的深入研究，對泄洪霧化的降雨強(qiáng)度及影響區(qū)域進(jìn)行分級和分區(qū)，便于開展泄洪霧化研究以及制定相應(yīng)的防護(hù)措施。參照自然降雨中暴雨的等級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合霧化降雨特點(diǎn)及各科研單位對霧雨分級的思路，根據(jù)霧化降雨的危害性，按6個等級對泄洪霧化降雨進(jìn)行分級。

Ⅰ級霧化降雨區(qū)：降雨強(qiáng)度S≥600 mm／h；

Ⅱ級霧化降雨區(qū)：600 mm／h＞S≥200 mm／h；

Ⅲ級霧化降雨區(qū)：200 mm／h＞S≥50．0 mm／h；

Ⅳ級霧化降雨區(qū)：50 mm／h＞S≥11．7 mm／h；

V級霧化降雨區(qū)：11．7 mm／h＞S≥1 mm／h；

Ⅵ級薄霧和淡霧區(qū)：S＜1 mm／h。

其中，Ⅰ級霧化降雨區(qū)主要集中在挑射水流裂散拋灑區(qū)和水舌入水激濺左右側(cè)岸坡，通常為消能建筑物邊坡，降雨強(qiáng)度極大，破壞力強(qiáng)，為了保證消能區(qū)域岸坡穩(wěn)定及消能工安全，首先，水舌主流消能區(qū)應(yīng)開挖足夠深水墊，其次該區(qū)域邊坡開挖，采用具有一定抗沖能力的鋼筋混凝土護(hù)坡［42］，混凝土厚度不小于0．3 m；Ⅱ級霧化降雨區(qū)基本位于挑射水流裂散區(qū)外緣及水舌入水激濺區(qū)上下游及上部，該區(qū)域降雨強(qiáng)度大，破壞力較強(qiáng)，雨強(qiáng)范圍也較大，部分位于消能工上部邊坡，其工程防護(hù)措施常與高邊坡的穩(wěn)定相結(jié)合，由于涉及高邊坡穩(wěn)定問題，常分高程設(shè)置馬道及排水設(shè)施，邊坡主要以混凝土護(hù)坡為主，混凝土厚度為20～30 cm；Ⅲ級霧化降雨區(qū)位于Ⅱ級霧化降雨區(qū)外緣及隨水舌風(fēng)飄散的挑射水流裂散水體下游，部分與高邊坡穩(wěn)定相結(jié)合，通過設(shè)置錨桿并噴混凝土進(jìn)行防護(hù)，部分位置以素噴混凝土進(jìn)行保護(hù)，混凝土厚度為15～25 cm，同時設(shè)置馬道、排水設(shè)施；Ⅳ級霧化降雨區(qū)為霧雨擴(kuò)散區(qū)，其降雨強(qiáng)度較自然暴雨略大，但霧雨強(qiáng)度不大，破壞力不強(qiáng)，通常對自然邊坡進(jìn)行清坡，采用漿砌石防護(hù)為主，設(shè)馬道、排水設(shè)施；V級霧化降雨區(qū)降雨強(qiáng)度基本同自然降雨，相應(yīng)防護(hù)措施同自然降雨防護(hù)，岸坡孤石、危巖提前清理，可適當(dāng)采用植被護(hù)坡；Ⅵ級薄霧和淡霧區(qū)，對邊坡無明顯影響，通常不必采取防護(hù)措施。

近年來，一些水利工作者對于混凝土邊坡考慮采用生態(tài)恢復(fù)措施，并進(jìn)行了一些有益的嘗試。在不破壞混凝土防護(hù)效果的前提下，采用生態(tài)恢復(fù)措施，植被對坡面有淺層防護(hù)作用；阻止大氣與坡面直接接觸，有效減少自然風(fēng)化；保證山體滲水順利排除，減少滲水壓力對坡體破壞；調(diào)節(jié)坡體表面的晝夜溫差，減少溫度變化帶來的坡體表面破壞。主要的生態(tài)防護(hù)工程措施有：①對于土質(zhì)邊坡和軟巖邊坡，進(jìn)行植物生態(tài)帶綠化；②對于巖石邊坡，采用液壓噴播植被或客土噴播技術(shù)；③對于混凝土高邊坡，采用植被混凝土噴射，植被混凝土分基層和面層二次噴射，基層噴射厚度為8～12 cm，面層噴射厚度為2～3 cm?；旌现簿G種子只拌合在面層噴射；④對于噴錨混凝土邊坡，采用植生盆技術(shù)，由錨桿外端固定植生盆。

5 未來研究方向

自泄洪霧化工程破壞開始，對高壩泄洪霧化的相關(guān)研究已近30年，隨著霧化研究的逐漸深入，對泄洪霧化的機(jī)理、霧源、雨強(qiáng)分級已有了較為明晰的認(rèn)識，對造成霧化的相關(guān)因素也有了較完備的認(rèn)識，但由于泄洪霧化影響因素較多，而各研究手段均有一定缺陷，致使泄洪霧化預(yù)測技術(shù)仍有較大完善空間，泄洪霧化防護(hù)措施尚需結(jié)合預(yù)測技術(shù)進(jìn)一步細(xì)化。為了推動泄洪霧化的深入研究，為工程防護(hù)措施提供依據(jù)，作者認(rèn)為今后的研究工作應(yīng)該關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）泄洪霧化預(yù)測技術(shù)應(yīng)該和諧、統(tǒng)一。目前，原型觀測由于條件限制及測試手段的不足，霧雨強(qiáng)度測量數(shù)據(jù)取得較為困難，且部分?jǐn)?shù)據(jù)失真，難以真實(shí)反映原型霧雨強(qiáng)度，有必要開發(fā)新的測量手段及技術(shù)，增加數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度；物理模型模型律尚存在較大爭議，普適性較差，應(yīng)系統(tǒng)研究不同比尺霧雨強(qiáng)度與原型的對應(yīng)關(guān)系，修正各模型律的參數(shù)，確立適應(yīng)范圍；數(shù)學(xué)模型模擬各種影響因素的方法也有待加強(qiáng)。3種研究手段相互促進(jìn)、發(fā)展，推動復(fù)合預(yù)測技術(shù)的和諧、統(tǒng)一。

（2）泄洪霧化分區(qū)、分級防護(hù)需進(jìn)一步細(xì)化。由于邊坡破壞影響因素較多，在高壩原型中開展表面防護(hù)措施破壞性試驗(yàn)較為困難，霧化降雨強(qiáng)度對不同表面防護(hù)措施的破壞能力尚難以明晰，有必要結(jié)合基巖破壞機(jī)理開展表面防護(hù)措施效果研究，進(jìn)一步推動泄洪霧化工程防護(hù)措施研究。

（3）生態(tài)防護(hù)措施的創(chuàng)新。水利工程邊坡的生態(tài)防護(hù)和環(huán)境綠化是人水和諧的重要舉措，創(chuàng)新性發(fā)展適合混凝土高邊坡生態(tài)恢復(fù)工程措施，使水利工程混凝土高邊坡防護(hù)能與環(huán)境景觀協(xié)調(diào)一致。

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（編輯：曾小漢）

Research Progress of Engineering Protection M easures against Flood Discharge Atom ization of High Dam s

HAN Xi jun，QU Li guang，CHENG Zi bing
（Hydraulics Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

When flood is released from high dam，water flow atomization may cause damage to the downstream buildings，the bank slope of both sides and the ecological environment，and even will threaten the safety of the pro ject itself．Due to the continuous development of fog rain intensity forecasting technique which is driven by proto type investigation，mathematicalmodel research and physicalmodel experiment，the engineering protection against flood discharge atomization has evolved from passive damage restoration to actively adopting protectionmeasures ac cording to the prediction of rainfall intensity and atomization zone，and further developed to sectionalized protection of energy dissipating buildings and high side slopes．In this article，we summarize the investigation data of engi neering protection measures and related research results，and conclude that the damage behavior of various protec tion materials in the presence of different rainfall intensities and the impact of atomization on eco environment are important research tendencies in this regard．

flood discharge atomization；protection measures；forecasting technique；atomization zoning；research progress

TV135．2；X45

A

1001－5485（2013）08－0063－07

10．3969／j．issn．1001－5485．2013．08．015

2013，30（08）：63－69

2013－05－03；

2013－06－22

國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（51109012）；水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201101005）

韓喜?。?978－），男，山西繁峙人，高級工程師，碩士，主要從事水工水力學(xué)研究，（電話）027－82829903（電子信箱）hanhan＿1225＠yahoo．com．cn。