小挑坎对某拟建大型水电站导流洞出口区消能与冲刷改善机理研究

山区河道导流隧洞出口区具有单宽流量大、流速高、河床覆盖层深且抗冲流速小等特点，多数隧洞出口区河床冲刷剧烈，而布置大型消能措施较困难，故提出在隧洞出口布置小挑坎的措施。在物理模型试验观测隧洞出口区水流流态和河床冲刷的基础上，采用数值模拟方法计算导流隧洞出口区水流流场，研究河床冲刷改善的内在机理。结果表明，导流洞出口增设小挑坎后，可增大出洞高速水流的横向扩散和减小单宽流量，增加局部消能率，从而降低河道岸边流速；高流速出洞水体占比明显减少，使高速水流无法直冲右岸滑坡体，减小滑坡体范围流速；出洞水流宽度增加，出洞水流方向变为斜向上出流，减弱对右岸滑坡体的冲击，并且使导流洞出口区及下游河道受到的冲刷明显减弱。研究成果可为工程实践提供参考。     

毛家河水电站溢洪道三维数值模拟

为寻求毛家河水电站溢洪道较优的泄洪消能形式,以质量守恒及动量守恒为基础,建立了κ-ε湍流模型封闭雷诺方程组,采用VOF方法追踪自由液面,对溢洪道泄流能力、水面线、底板压力及槽身和下游河道的流速进行了三维数值计算,数值计算结果与模型试验结果吻合较好,并根据工程实际情况拟定了多种方案对溢洪道全域及下游河道进行了数值模拟。计算结果表明,设置中隔墙并使左、右泄槽挑流鼻坎错开布置方案,溢洪道槽身段水流流态较好,挑射水流与下游河道水流衔接平顺且对两岸岸坡冲刷较轻,总体效果较好。     

低弗劳德数宽尾墩多级消力池三维数值模拟

低弗劳德数二元水跃消能效率低,当无尾坎消力池受地形限制,其长度较短且下游水位较低时水跃无法稳定在消力池内,消力池下游护坦承受较大冲刷压力,甚至护坦出口水流余能对下游河床造成严重冲刷。对此,提出采用宽尾墩联合尾坎消力池来改善消能效果,并采用RNGκ-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对宽尾墩联合尾坎消能工的水流流场进行三维数值模拟,通过宽尾墩与平尾墩、设置尾坎与不设置尾坎的综合对比分析得出,采用宽尾墩联合尾坎消能工的消能体型可有效调控水流并提高水流的消能效率,明显改善消力池内水流流态,有效减少对护坦及下游河岸冲刷。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

一种新型溢流坝面结构的消能效果数值模拟研究

针对高坝水头高、下泄水流能量大而传统坝体消能效果较差、工程下游河道冲刷严重的问题,设计研发了一种包含分道挑流结构的新型溢流坝面,采用Flow-3D软件对其挑流消能效果进行水动力数值模拟,并与传统溢流坝面结构消能效果进行对比分析。结果表明,新型溢流坝面结构通过改变下泄水流流态分布,能有效降低水流流速,减小对下游河道的冲刷,为大坝高效挑流消能提供了新思路。     

某溢流坝下游泄洪消能防冲布置优化研究

为优化分析某溢流坝泄洪消能防冲布置形式,运用数值模拟的方法,建立溢流坝挑流消能及下游防冲的三维数值模型,根据工程特点,在前期物理模型试验成果的基础上,拟定多种下游消能防冲优化布置方案并进行数值模拟计算。计算结果表明,将原方案水垫塘预挖冲坑的下游斜坡改为垂直挡墙结构形式,能有效改善下游水流流态,降低预挖坑后的流速大小、均化流速分布,降低护坦处的压强,提高消力塘的消能效果,可减小对护坦及下游河床、岸坡的冲刷影响,可为类似工程设计提供参考。     

杨房沟水电站初期导流模型过流试验

杨房沟水电站工程施工导流采用围堰断流、隧洞导流方式,为进一步掌握施工初期导流阶段的水流条件,确定围堰和坝体的施工安全,进行了初期导流模型试验研究。通过模型试验,测试了导流隧洞的泄洪能力、水流流态、空化数及下游流速与河床的冲刷情况,验证导流隧洞过流安全。根据模型试验结果,进一步优化了围堰堰顶高程与导流隧洞进口的进水条件,为工程初期导流设计与施工组织提供了重要的指导作用。     

拱坝弧形分流墩鼻坎优化试验研究

针对某工程挑流消能对下游河道冲刷破坏严重的问题,采用水工模型试验方法,提出在表孔反弧段增加弧形分流墩的优化方案来解决消能问题。通过对优化前后两种方案的试验数据对比,深入分析了不同工况下弧形分流墩过流时的水流流态和对下游的冲刷特性。结果表明,弧形分流墩方案的溢流坝表面流速稳定,未出现负压,过流能力良好;弧形墩能较好地分散水流,控制水舌的入水方向,使水流在空中发生横向碰撞,消能效果明显。     

山区河流中小型闸坝工程消能方式比较

为分析消力池方案和急流护坦方案两种消能方式在山区河流中小型闸坝工程上的适用性,以浦西水电站为例,在1∶40的模型上对比分析了两种消能方式在水流流态、河道流速、下游冲刷程度、汛期排沙等方面的异同。结果表明,急流护坦消能方案在各种运行组合下均能获得稳定的流态,且便于汛期排沙,只要措施得当,下游冲刷程度能得到有效控制,较消力池方案更适用于山区河流中小型闸坝工程。     

跌坎底流消力池在某高水头闸坝工程中的应用

针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲刷情况。结果表明,跌坎底流消力池不仅体型简单、施工难度小,且在各种运行工况下均能获得稳定的流态及较高的消能率,可较好地解决高水头闸坝泄洪消能问题。     

益洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能的影响

为验证溢洪道陡槽弯道设置导流墙对挑流消能效果的影响,以某水库为例,对弯曲溢洪道进行水工模型试验,对比了溢洪道陡槽弯道设置导流墙前后挑流流态、冲坑淘刷形态和消能率,评价了导流墙对挑流消能效果的优化作用.试验结果表明,溢洪道陡槽弯道设置导流墙使水流流态分布均匀、冲刷坑面积及深度减小且对称分布,消能效果更好.     

浅谈国内旋流式内消能泄洪洞工程方案的研究

论述了竖井旋流型与水平旋流型内消能工在体型优化中的重点与方向,结合黄河公伯峡水电站右岸旋流内消能泄洪洞的方案的论证、试验研究与体型优化,进行了连接部位泄流能力的协调与匹配、通气孔的设计、消能率的构成、起旋器出口与旋流洞连接部位后的空化空蚀、洞子的衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题的讨论。     

桐子林水电站导流明渠消能抗冲试验及明渠方案优化

针对桐子林水电站明渠功能及特点,明确了明渠消能防冲的原则,通过模型试验给出了宽、窄明渠方案有无消能设施情况下的18种子方案,下游处的消能防冲水力学指标及有关参数,对比分析了各子方案明渠出口、下游河道及下游围堰堰面的冲刷情况,指出窄明渠方案中15种子方案消能防冲效果均较差,宽明渠方案中3种子方案消能防冲效果均较好,且以明渠出口处设置反坡并在出口末端设置柔性混凝土板、在其后设置长度20 m左右的相互串联的钢筋石笼（子方案18）效果最好,为优化后的最佳推荐方案。     

旋流式内消能工研究综述

对国内外的旋流式内消能工研究作了简要介绍并进行了评述。认为旋流式内消能工是解决高坝水力设计中高水头、大流量条件下泄水建筑物的安全和充分消能问题的新思维、新途径。旋流式内消能工是利用水流在泄水道中作大范围的旋转运动把下泄水流能量在泄水道内部进行大量消煞，使出流流速大大降低，从而保证建筑物的安全和下游良好的衔接条件。它具有结构简单、布置灵活、消能率高等优点，应用该种新型内消能工可将高水头水利枢纽工程中施工导流洞改建为永久泄洪洞。     

双台子多孔闸调度对消能效果的影响试验研究

为研究多孔闸调度对消能效果的影响,采用物理模型试验的方法,观测了辽河双台子多孔闸不同闸门调度方式下的流态、流速和消力池尾部水流扩散宽度,分析了不同闸门调度方式下多孔闸的流态情况,并计算出不同方案下的消能率,确定了满足消能要求的两种闸门运行方案。根据分析结果,提出用池尾扩散比量化多孔闸的调度方法,简化了消能率的影响因子,得到了池尾扩散比和消能率的指数相关关系,可为类似工程提供参考。     

拱坝挑流坎消能特性数值模拟研究

针对尚甘尼拱坝挑流消能的问题,传统的水工模型试验方法受成本影响,其试验方案数量有限。为此,采用Flow-3D流体计算软件,基于RNGκ-ε湍流模型及VOF方法,建立了拱坝挑流消能计算模型,同时,结合物理模型试验结果,率定模型参数。在此基础上,对不同工况挑流坎泄流进行了三维数值计算,通过分析挑流水舌流态及挑射距离、下游河道流速,进一步研究了拱坝挑流消能的特点及效果。结果表明,采用Flow-3D流体计算软件的RNGκ-ε湍流模型及VOF方法可用以研究拱坝挑流消能问题;连续式挑流坎流态连续,消能效果较差,差动式挑流坎水流分散,掺气增加,相较连续式挑流坎挑距减少,消能效果更好;差动式挑流坎间距越大,消能效果越好。研究成果可为尚甘尼拱坝确定最优挑流消能方案提供依据,也可为类似拱坝挑流坎设计提供参考。     

泄水建筑物内消能工的研究与应用

在国家自然科学基金-雅砻联合基金的资助下,对内消能工的研究与应用进行了综述,并结合公伯峡水电站右岸导流洞改建为水平旋流泄洪洞的实践和论证阶段的雅砻江两河口水电站导流洞的改建,提出旋流阻塞复合式内消能工的概念。     

猴子岩水电站多级洞塞泄洪洞水力特性试验研究

通过物理模型试验和数值模拟计算,对比研究了不同有压出口高度时多级洞塞泄洪洞各项水力特性参数,分析了出口高度对泄洪洞泄流能力、洞身压强及消能率的影响。结果表明,随着出口高度的降低,泄洪洞泄流量减小,流量系数增大;洞身压强整体呈增大趋势,出口压坡高度的变化主要对洞塞及其以后洞段的壁面压强影响较大,而对上平段影响相对较弱;泄洪洞整体消能率逐渐减小,出口高度对竖井洞塞和压坡洞塞消能率影响较大,而对水平洞塞组的消能率影响甚微。     

四川省鸭嘴河布西水电站溢洪道形式比选

在坝型比选阶段,对鸭嘴河布西水电站溢洪洞形式进行了比选优化。认为以具有消能井的竖井同导流洞相结合代替原可研阶段设计的侧堰加“龙抬头”与导流洞相结合具有许多优点:消能率高,将大部分能量直接在竖井内及其流道中消除,且布置灵活、泄量大、设施简单、运行安全可靠、节约投资等。     

消力池渐变段体型对消能效果的影响

针对黄金坪泄洪洞消力池受地形地质条件的限制,消力池长度明显不足、水跃跃首流态较差、消能效果不理想的问题,通过水力学模型试验,调整优化了泄洪洞出口跌坎高度、挑角及坡度体型,并观测了消力池水流流态、水面线、临底流速、底板压强、出口流态和流速等水力特性指标。结果表明,与原设计方案相比,调整体型后的消力池流态得到了很好地控制、消能效果增强,消力池出池水面跌落和流速均有所减小,各项水力学参数指标满足设计要求,通过体型优化实现了在原有消力池长度条件下改善流态和增强消能的目的。