揭阳市北河桥闸工程消力池优化试验研究

通常水闸消能工的设计是能够满足工程调度运行要求的,当河床下切、下游水位降低达不到设计计算条件时,消能工难以适应闸门调度运行时的消能要求,出现破坏。采用物理模型试验,在现状运行条件下,假定下游河道产生了下切,对设计方案的消力池消能工进行了优化,提出了一种简单实用的新型消能形式——消力池内设消能坎,试验表明其消能效果满足现状及下游河床下切后的调度运行要求。     

平原区水闸闸下消能防冲与闸门控制运行

针对平原区水闸闸下消能防冲与闸门控制运行的特点,基于水力学理论分析,导出了消力池最大深度的计算公式。以沙颍河郑埠口水利枢纽工程为例,确定消力池的设计方案。根据消能防冲应满足的水流条件,由系列模型试验资料绘制了闸门控制运行曲线图,继而依据该图制定了满足消能防冲要求的闸门控制运行方式。应用结果表明,采用该消力池方案设计并按此闸门控制方式运行,能很好地满足消能防冲要求。     

低水头水闸下游消力池长度优化研究

低水头水闸下游消力池的水流条件较复杂,水闸出流条件(自由出流、淹没出流)对闸下游的流态和水跃长度影响较大。通过水力模型试验研究,提出了水闸闸门全开敞泄、宣泄最大流量运行条件的下游消力池长度的计算方法:水闸出流为自由出流时,可按现有的水闸设计规范的方法计算消力池长度;水闸出流为淹没出流时,闸下游水跃长度较短或呈无水跃状态,此时,可采用水闸上游为正常蓄水位、闸门控制下泄最大开度泄量计算消力池长度。研究成果可合理地计算和选取低水头水闸下游消力池长度,在确保工程安全运行的前提下,大大节省工程投资。     

旃岭水闸加固扩建工程消链设计

水闸的消能防冲设计是水闸设计的重要组成部分,关系到工程的安全性与经济性,通过旗岭水闸加固扩建工程实例,介绍了水闸扩建过程中利用在原有消力池后增设二级消力池的方法,达到满足消能、节省工程投资的目的,并根据水闸闸门的调度原则相应介绍了水闸二级消能的计算方法。     

小石峡水电站溢洪道消能工优化试验

通过新疆维吾尔自治区库马拉克河小石峡水电站溢洪道水力学模型试验,对其原设计方案的消能工结构形式进行了优化。试验表明,消力池段在通过设计流量30年一遇洪水1 856.20m3/s时,池内不能形成完整水跃,水跃前后波动剧烈,水流大量溢出,原设计方案的边墙高度、池长均不能满足过流要求。提出采用减小消力池池深、设置分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池代替原设计方案的常规消力池的修改方案,在设计流量下进行泄水试验,试验结果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的联合作用下,消力池内形成强迫水跃,流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池可有效缩短消力池池长,降低边墙高度,节省工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。     

消力池底板磨蚀破坏的水力学试验研究

高水头电站泄洪消能难度较大,消能设施容易发生破坏。笔者采用模型试验和理论分析相结合的方法对铜街子水电站的泄洪消能问题进行研究。表孔闸门对称开启时,消力池的消能效果较好,从流场和压力分布特性可排除体型设计的影响;表孔闸门非对称开启时,消力池内形成流速较大的横向回流,回流形态与底板环形破坏带相似,可以判断回流携沙长期磨损是消力池底板破坏的主要原因,运行时应尽量避免非对称的开启方式。笔者通过比较表孔闸门对称和非对称两种开启方式,分析消力池流态、流场及压力特性,判断得出了消力池底板的破坏原因,并优化了电站的运行方式。研究成果对消力池的修复工作和电站后期的安全运行具有较大的指导作用。     

浅谈进水闸下游底流式消能防冲设计的两个问题

本文以恰拉拦河枢纽进水闸为例,对进水闸闸后底流式消能防冲设计进行分析,认为根据各种工况下不同类别的水跃,应采用不同的计算公式计算水跃长度,更符合实际;并提出利用平底突槛式消力池消能措施。     

泄水陡坡后消力池的水跃特性数值模拟

水跃消能是水利工程中经常采用的消能形式,国内外许多学者对水跃进行了大量的研究。在工程实践中发现,泄水陡坡后消力池内水跃的水力特征值与规范方法计算得到的值有较大差异。通过对不同坡度的陡坡后消力池内水跃特性进行数值模拟,结合室内模型试验,分析了陡坡消力池内陡坡坡度与水跃长度的关系,并对比了数值模拟所得的水跃长度值与经验公式及模型试验结果。研究结果表明,数值模拟结果与实测值相对误差较小,经验公式的计算结果误差较大。因此,在今后实际工程设计中,可通过数值模拟的方法对陡坡后消力池长度进行初设。     

东山水闸下游消能工出险初步分析和度汛研究

东山水闸于2013年汛期前期泄洪造成部分闸孔下游消能工遭受破坏,在出险闸孔下游消能工初步修复之后,水闸面临汛期度汛的问题。在水闸下游消能工出险原因初步分析的基础上,通过对枢纽电站运行的闸下游水位的分析和水闸下游消力池运行水力条件的计算,提出了水闸各类闸孔和闸门开度合理调度运行的度汛方案,得到了水闸调度运行的采用。研究成果可供类似工程运行参考。     

大藤峡水利枢纽泄洪消能布置演变与闸门调度

大藤峡水利枢纽泄水建筑物具有库水位变幅大、单宽流量大、尾水变幅大等水流特性和闸下水流拍打钢梁、推移质过坝的运行特点,消能形式选择限制因素多,消能问题非常复杂。对大藤峡水利枢纽二级逆坡分区消力池布置演变过程进行阐述,给出枢纽典型工况泄洪消能调度与闸门调度原则,可供类似工程参考。     

基于有限元法的闸后折坡水跃数值研究

水闸是水利工程中重要的基础设施,对水资源调度起着重要作用。一批建设于上世纪80年代的水闸频繁出现险情,多数事故是闸后消能结构不合理导致的。以大凌河流域十二官水闸消力池斜坡连接段为研究对象,利用有限元法对闸后折坡进行数值研究,得出了不同水位时的水跃参数。并分析消力池长度、斜坡连接段坡度对水跃的影响。研究结果可作为同等水闸消力池设计参考。     

矩形明渠粗糙壁面消力池的水力计算

根据消力池水力计算的基本方程,利用文献[14]对粗糙壁面水跃共轭水深和水跃长度的研究成果,研究粗糙壁面消力池深度和消力坎高度的水力计算方法。给出了粗糙壁面挖深式消力池深度和消力坎式消力池高度的计算公式和计算步骤,通过算例说明了计算过程。研究表明,与一般传统的消力池相比较,粗糙壁面消力池的深度、长度、消力坎的高度和跃后水深均有较大幅度的减小,消能效果提高,值得在工程中推广应用。     

平原水闸消能设计的简化计算方法初探

为更加便捷地计算消力池深度,提出简化消能计算方法。简化消能计算方法不是以闸门开启高度计算过流流量,而是在保持闸上最高蓄水位的情况下,以设计最大流量为上限,直接按分级流量进行消能计算,计算主要参数包括出池河床水深、单宽流量、总水头、跃后水深、收缩水深、出池落差等,根据分级计算结果最终确定消力池深度。简化消能算法取消了繁琐的水闸开度对应的流量计算,减小了计算工作量,运用较为简便。实例计算结果表明,简化消能计算方法基本能够满足平原水闸消能设计要求,但在水闸实际运行过程中应加以控制并总结经验,归纳出既能保证工程安全,又便于管理运用的操作程序。     

朱家站水闸水工模型试验研究

朱家站水闸位于横阳支江河口,水闸两岸现状仅为土堤,防冲性能差,闸下消能防冲问题非常突出。以水工模型试验为手段,研究水闸的泄流能力,进行消力池原设计方案和优化方案的消能比较试验,并对闸门调度运行方式提出合理化建议。结果表明,水闸的泄流能力满足设计要求,推荐采用的二级消力池方案能够明显改善消力池水流流态、减小下游海漫段的流速,有利于消能防冲。     

底坎对嵌槽消力池消能效果影响的数值模拟研究

在水利工程建设中,设计科学合理的消能防冲设施具有重要意义,是工程安全稳定运行的必要保证。本文以具体工程为背景,利用数值模拟的方式探讨了底坎对嵌槽消力池消能效果的影响。试验结果显示,在嵌槽下游设置底坎有助于降低消力池内流速,提高消力池的消能率,并根据计算结果得出了最佳方案,该研究为相关工程设计提供支持和借鉴。     

消力池尾坎坡度对水跃及排砂效果影响的试验研究

水电工程中常通过在消力池中形成水跃来消能,水跃的类型、发生的位置对于消能率和消力池长度等有重要影响。通过模型试验研究了4种不同消力池尾坎坡度(i=∞、1∶2、1∶4、1∶10)下的跃首位置、水深和流速,分析了消力池尾坎的坡度对水跃位置以及消能率的影响,并对4个体型的排砂效果进行了观察比较。试验结果表明:消力池尾坎坡度越大,水跃位置越趋向上游,消力池所需长度越短,消能率越大,但排砂效果越差;在尾坎坡度为i=1∶2时,能较好的兼顾消能效率和排砂效果。     

特殊工况下平原感潮河网地区防洪(潮)排涝水闸的消能防冲设计—以上海市嘉宝北片区为例

以上海嘉宝北片区排涝水闸的设计为例,分析该类水闸可能出现的各种运行工况及相应消能防冲设计。认为正常工况下过闸水流均处于高淹没度的堰流状态,闸下一般不会发生水跃现象,为非控制工况。研究分析了两类特殊工况下水闸消能防冲设计,认为第一类特殊工况发生的概率很低且历时较短,一般可不考虑此类工况。第二类闸室内外水头差较大时闸门长时间保持某一局部开度特殊工况下,一般认为:(1)应有临时应急措施控制过闸流量;(2)闸下消力池设计应注意消力池深度和长度(水跃长度)计算值与闸门相对开度、闸室上下游水头差、下游水深等主要计算参数并非线性相关,实际设计时应尽量对所有可能组合均进行计算;(3)闸下海漫长度和河床冲刷深度计算主要与过闸流量相关时,且过闸流量较大导致下游河道平均流速超出允许不冲流速时,建议过闸流量按下游河道允许不冲流速与相应过水面积的乘积选用,合理控制海漫和防冲槽设计尺寸。     

用附加动量理论分析齿墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析齿墩与消力池联合应用的消能机理 ,用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数 ,估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析 ,计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明 :采用齿墩设施 ,可增进消力池的消能作用 ,并取得显著的经济效益 ,达到了附加动量水跃理论所预期的效果     

跌坎消力池充水过程研究

实际工程运行中,泄水前消力池无水是可能遇到的一个情况,此时就涉及到消力池的冲水过程。从无水到最终形成完整稳定的水跃的过程中,池内可能形成各种复杂紊乱的流态,这可能会对消力池底板或者尾坎造成一定的危害。针对消力池从无水状态到最终池内形成稳定完整的水跃形态的整个充水过程当中,池内出现的复杂多变的流态的情况,通过系统研究分析,可采用如下运行方案:在消力池内无水的状态下,将表孔闸门在小开度下运行一段时间,直至消力池内有足够水垫后,再逐渐加大开度。     

溢洪道泄槽及消力池流态优化数值模拟研究

我国西南地区某大型水库工程运行期间常遇小流量工况下的溢洪道破坏现象,通过建立溢洪道三维数值模型,从CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真的工程应用角度,探索了适宜计算跌坎式底流消力池的湍流和水跃计算方案,对不同工况的对比分析得出典型水力特征数据,从而解释溢洪道破坏原因及变化趋势,并提出了一种优化方案且进行了验证,为进一步深入研究溢洪道泄槽及消力池水力安全打下基础。