大坝泄洪雾化环境影响及防护措施分析

杨 平

（贵州剑江控股集团有限公司）

1 引言

受多种因素影响，水力工程建设一般没有高水头、大流量的要求，泄洪雾化的情况较少，因此对该方面的研究也较少，并没有系统的研究，中国已经建成的水利枢纽中，存在不少工程受泄洪雾化影响而损害的案例。因此，为了减少泄洪雾化带来的损失，相关科研工作人员应该对泄洪雾化的危害性有一个充分的认识，从而有利于工程建设中规划设计阶段工作的有效开展。

2 泄洪雾化现象及其危害

在水电工程的泄洪环节，倾泻下的水流会处于急流状态，也有的会处于挑射流状态，而受内部分子作用以及外界空气阻力等的影响，射流存在掺气的情况，进一步导致水体失稳，从原来的水流主体中脱离形成水滴。然后对于脱离出来的雨滴，其中较大粒径的水滴后续会经历降落成雨的过程，粒径较小的水滴受重力作用不大，会悬浮于空中形成雾。未脱离的剩余水体会继续下落至下游河床，碰撞的同时产生水体喷溅的情况，而这部分水体受多种力的作用，包括重力、阻力以及风力等，发生斜向抛射，落到射流的入水点附近，进而形成降雨，上述过程会产生大量的小粒径水滴，这部分水滴仍然会悬浮于空中形成浓雾，雾滴再受风力作用，扩散形成雾流。研究表明，水头越高，会导致泄洪流量越大，产生雾化降雨的范围越广阔，降雨强度也越大。

3 泄洪雾化的影响因素

3.1 上、下游水位差

该因素通过影响出口处初速以及入水流速等影响雾化现象，随着水位差的增大，雾化现象越严重。以白山水电站为例，随着水位不断上升，水头的位置也不断上升，具体数据为从15 m上升到66 m，出口处的流速不断增加，具体数据为从16 m/s增加到30 m/s，上、下游落差不断增大，具体数据为从72 m增加到123 m，雾化现象带来的降雨量不断加剧，具体数据为从3.20 mm/h增加到502 mm/s，上述数据可以直观看出，该因素影响下导致的严重后果。

3.2 泄流流量

当上、下游水位差不变时，泄流流量越大，会产生越多的能量，从而会导致更加严重的雾化现象。以乌江渡水电站为例，在坝下的80 m 的位置取一个试验点，后续所有测定工作位置不变，改变坝上溢流泄洪道开启的孔数，分别测定不同孔数下的降水强度，分析试验数据可得，开启的孔数越多，降水强度越大孔数为4 时，其降水强度为孔数为1时的4倍。

3.3 挑坎高程

保持单一变量的情况下，挑坎高程越低，水舌流速越高，内部紊动越剧烈，也就更容易掺气，因此产生的雾化现象更加严重。

3.4 挑流鼻坎型式

所选取的挑流鼻坎具备良好的纵、横扩散性能时，利于水舌向空气散能，但并不会改善泄洪雾化现象。

3.5 水舌碰撞影响

研究表明，对于抛射挑流水舌和碰撞水舌而言，水位落差相同时，引发的雾化现象并不相同，且后者要大于前者。

3.6 地形的影响

雾雨受风力影响扩散，遇到阻碍在合适的条件下会产生降雨。研究表明，处于开阔的河道时，水雾比较容易消散；雾雨爬高较低时会加剧雾化现象；在河道转弯的位置及山体岸坡变化的位置容易产生雾化现象。

3.7 气象因素的影响

气象因素是影响雾化现象的一个重要因素，晴天时的雾雨范围要明显小于阴雨天气，在1 d内的时间推移也会影响雾雨范围，在温度较高，日晒较强烈的时间段，雾雨范围要明显小于温度较低，日晒较弱的时间段。同时，风力也会影响雾雨现象，随着其方向与大小的改变，雾雨范围随之变化。此外湿度、气压等因素对雾化现象的也有所影响。地形和气象等抽象因素较难用于数值计算，而借由蒙特卡罗方法，利用其随机抽样的特性，可以将这类因素加入已有的数学模型中。

3.8 工程结构的影响

以挑流泻水建筑物为例，孔口的开启与组合状况也是影响雾化现象的重要因素，在水头与流量相同的情况下，中孔挑流水舌相较表孔泄洪而言，其有着较大的初速和较小的入水角，因此雾化范围更广泛，降雨强度也更大。

4 泄洪雾化的防治措施

泄洪雾化降雨强度较大时，会导致非常严重损伤以及安全事故，包括山坡坍塌、交通中断、电器设备毁坏等，甚至会带来人员伤亡。从诸多实例事故中总结分析可得，枢纽布置不当以及忽视泄洪雾化问题是两个关键点，因此，必须采取相应的措施避免事故的发生。

在工程建设中高坝枢纽设计阶段就需要充分考虑雾化现象，后续枢纽布置与水力学研究都需要，制定的方案在保兼顾该现象，制定的方案在保障安全的前提下，再考虑经济问题，以防范工作不到位，后期要面临严峻的治理工作以及出现严重的损伤问题。

对于重要电气、交通通道、办公以及居住点位置的选取应该科学合理，不能处于泄洪雾化降雨强度较大的地区，而特殊情况下需要安置于这类地区，需要提前做好防护工作。对于雾化降雨强度较大，大于天然降雨强度的山坡部位要做好护坡防护工作。对于大面积的雾化降雨强度较大的区域，可以将该区域按照一定的标准，进行等级划分，然后对不同区域分别进行针对性防护处理等工作，其中，对于以下区域，包括设有重要的建筑物、交通通道以及避不开II、III、Ⅳ级雾化雨的区域，相关科学合理地设置好避雨设施和排水设施。

5 结语

综上所述，中国经过对泄洪雾化以及相关情况近30 年的较为系统的研究，不断深入对泄洪雾化现象的认识与探索，对其危害以及主要的影响因素也有了较为清晰的认识。但是泄洪雾化问题本身有着一定的复杂性，为了更加明确泄洪雾化现象相关问题，避免出现严重的损伤情况，以及为相关工程防护与治理工作提供足够的理论基础，相关研究工作还应该继续深入。最后，接下来的研究工作重点主要包含两个方面：一是测试技术的改进，从而增加获取原型资料的途径和提高测定数据的精度与可靠性；二是应该对雾源量方面进行专门深入的研究。