宽尾墩消能技术的工程应用与研究进展

宽尾墩作为一种适应于大单宽泄洪建筑物的消能技术,近年来先后在许多水利水电工程中得到应用,为了对其技术发展与研究情况进行总结分析,首先对宽尾墩消能技术及体型发展过程进行了回顾总结;其次对宽尾墩体型布置特点、以及与宽尾墩联合使用的坝面、台阶面体型、消力池体型及其相关水力特性等研究成果进行了总结分析;最后对宽尾墩消能技术应用有待研究的相关问题进行了简单说明。     

雅砻江官地水电站大坝泄洪消能型式选择

在对"宽尾墩+底流消能"和窄缝挑流消能两种泄洪消能型式进行综合比选的基础上,推荐选择"宽尾墩+底流消能"型式.鉴于推荐的消能型式具有较大的技术难度以及消力池底板稳定对官地大坝工程的重要性,对尾坎高度、宽尾墩体型和跌坎高度等进行了进一步优化分析,提出了初步意见并对下阶段需要开展的工作提出了建议.     

开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果

开口式Y型宽尾墩是在Y型宽尾墩的基础上提出的，是一种新型辅助消能工。依据水工水力学模型，对开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果进行了试验。研究证明，该消能工除了具有Y型宽尾墩的水流特点外，还将墩后的无水区利用起来，通过开口形成一道挑射水流，在墩后不远处交汇并横向扩散、掺气入池。经过Y型墩的纵向、竖向拉开扩散，再加上墩后无水区挑射水舌的横向扩散，不仅提高了坝面消能率，而且还将由宽尾墩集中起来的入池能量的一部分分散开来，增大了池内消能效果，减轻了对下游河床的冲刷，同时降低了阐室水面线，加大了闸孔的泄流能力。     

白石水库溢流坝消能形式的选择

白石水库溢流坝采用异型宽尾墩挑流消能方式。异型宽尾墩是将宽尾墩底缘与溢流堰面断开形成缺口的一种墩型。采用异型宽尾墩挑流消能，使冲坑变得更浅且远离坝趾，消能效果十分理想。     

开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果

开日式Y型宽尾墩是在Y型宽尾墩的基础上提出的，是一种新型辅助消能工。依据木工水力学模型，对开口式Y型宽尾墩的体型及消能效果进行了试验。研究证明．该消能工除了具有Y型宽尾墩的水流特点外，还将墩后的无水区利用起来，通过开口形成一道挑射水流，在墩后不远处交汇并横向扩散、掺气入池。经过Y型墩的纵向、竖向拉开扩散，再如上墩后无水区挑射水舌的横向扩散、不但提高了坝面消能率，而且还将由宽尾墩集中起来的入池能量的一部分分散开来，增大了池内清能效果，减轻了对下游河床的冲刷，同时降低了闸室水面线，加大了闸孔的泄流能力。     

宽尾墩与台阶坝面联合消能工的试验探索

通过对宽尾墩与台阶坝面联合消能工的机理分析,借助工程水力学模型试验,提出一种新型宽尾墩———X型宽尾墩。这种宽尾墩能适应大小流量的变化,具有良好的消能效果,消能率达60%～70%,比常规宽尾墩消能率高5%～10%;产生的射流对消力池底板的最大冲击压力,比常规宽尾墩小30%。因此,X型宽尾墩具有广阔的应用前景。     

宽尾墩T形墩消力池联合消能的计算方法

本文阐述了在T形墩消力池的基础上，通过系统的水力试验，对宽尾墩与T形墩消力池联合消能新技术进行的分析与研究。找出宽尾墩与T形墩消力池联合消能的内在联系，提出具体的计算方法，并用工程实践验证了研究成果的有效性。     

宽尾墩在桃林口水库溢流坝上的应用

桃林口水库原设计为二级消力池形式的底流消能工，采用Y型宽尾墩后，减短了池长．提高了消能率，进而减轻了水流对下游河床的冲刷。本文结合桃林口水库枢纽工程的特点，对宽尾墩的体型参数进行了研究，同时对宽尾墩与消力池联合消能工的消能效果进行了分析和论述。     

X、Y型宽尾墩水力特性研究

基于重力坝表孔泄洪的水工模型试验,研究了X型宽尾墩和Y型宽尾墩的泄洪流态、底表层流速、压力以及消能率。在不同泄流量以及闸门开度和下游水深的条件下,对不同体型宽尾墩的水力特性进行比较分析。试验结果表明：X型宽尾墩的最大临底流速比Y型宽尾墩小6.9%,X型宽尾墩的最大表层流速比Y型宽尾墩大8.12%,X型宽尾墩的消力池底板最大压力比Y型宽尾墩大43%,Y型宽尾墩的消能效果稍好于X型宽尾墩。     

宽尾墩在桃林口水库溢流坝上的应用

桃林口水库原设计为二级消力池形式的底流消能工．采用Y型宽尾墩后．减短了池长．提高了消能率，进而减轻了水流对下游河席的冲刷。本文结合桃林口水库枢纽工程的特点．对宽尾墩的体型参数进行了研究．同时对宽尾墩与清力池联合消能工的消能效果进行了分析和论述。     

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面，形成“宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工，是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3/s·m，在应用台阶溢流坝面工程中属最大，经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求，于是提出了一种新型宽尾墩形式——X型宽尾墩，它继承了传统宽尾墩的优势，又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是“X型宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

阿海水电站溢流表孔消能技术优化研究

阿海水电站可研阶段溢流表孔采用Y型传统宽尾墩＋底流消能方式,通过类比国内已建成并成功运行的水电站消能工设计经验,结合阿海水电站泄洪消能特点,基于水力学试验及研究成果,通过消能技术优化和比选,技施阶段拟定了表孔X型宽尾墩＋台阶面＋消力池的泄洪建筑物消能布置形式。在消能技术上,对阿海水电站在龙头水库尚未建成的情况下汛期小流量频繁泄洪、水舌冲击消力池底板、下游河道消能防冲等问题得到了协调解决。     

平班消力戽应用"顶部跌流型宽尾墩"的试验研究

平班水电站溢流表孔的消能方式是在"Y型宽尾墩"的基础上,经过试验探索和模型验证,提出的适合于中等坝高、大单宽流量、下游水深浅等具体工程条件的新型消能工--"顶部跌流宽尾墩 戽式消力池"联合消能型式,工程实践证明,这种消能方式为缩短池长、改善流态及节省工程投资取得了明显的效果.     

出山店水库表孔低水头大单宽流量消能方式研究

由于出山店水库下游河床水位低且水深变幅较大,能量较为集中,对下游冲刷严重,传统消能方式很难满足工程需求。本文结合出山店混凝土坝下消能防冲实验研究成果,对宽尾墩的水流特点、掺气特征、消能效果等进行了探讨,再通过数值模拟得出的水面线计算成果与实验结果吻合良好。最后,经过模型试验、数值模拟的结果进行比选,得出溢流表孔采用底流消能同时联合T型墩、非完全宽尾墩等辅助消能方式的消能率有所提高,消能效果提升明显。本研究可为类似的低水头、大单宽流量、低佛劳德数水库消能设计与试验研究提供参考。     

岩滩水电站消能设施的设计及运行

在高水头、大流量、窄河谷、深尾水、泄洪能量大而集中的水电站消能防冲设计中,应以提高消能效果为主要手段,用增加较少的混凝土量,将闸墩尾部改造成体形简单而新颖的宽尾墩,从而根本地改变常见溢流坝面及消力戽的水流结构,显著改善整个下游流态而简化了护岸工程,节省工程投资,为发电和航运提供良好运行条件,成功地解决戽流消能中波浪对工程危害的难题。     

阶梯溢流坝和宽尾墩及消力池组合消能的水流数值模拟研究

采用两相流模型,辅以Realizable k湍流模型,来模拟阶梯溢流坝和消力池组合以及阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合两种联合消能工的水力特性,获得了流速场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率等物理参量的分布。网格划分采用了分区域划分:模型中任何形状不规则的复杂部分采用非结构网格划分,对形状规则的部分则采用了结构网格划分,并根据流动梯度的大小安排网格的疏密程度。采用有限体积法对控制方程进行离散。采用了VOF法处理自由水面,使用PISO算法求解速度与压力的耦连方程组。比较分析了两种消能工在速度场、压强场、紊动动能及紊动动能耗散率的差异。研究结果表明:受宽尾墩的影响,坝面及消力池中的流速均小于无宽尾墩的情况,而台阶坝面的压强明显高于无宽尾墩的情况;在消力池中紊动动能及其耗散率均大于无宽尾墩的情况。可见,阶梯溢流坝、宽尾墩和消力池组合消能工的消能优于无宽尾墩的情况。     

云南某水电站泄洪消能设计研究

云南某水电站具有洪峰流量大、下游水位高、多泥沙等特点,通过方案比选和水工模型试验研究,推荐采用五表孔泄洪、宽尾墩与跌坎底流联合消能的布置方案。本工程首次提出了宽尾墩与跌坎底流联合运用的消能方式,该消能方式很好的利用宽尾墩良好的消能效果,又克服宽尾墩挑射水流对底板的冲击问题。     

索风营水电站泄洪消能水力特性试验研究

为缩短工期，提高工效，索风营水电站采用宽尾墩 台阶坝面 消力池的联合泄洪消能形式。通过三种不同比尺的模型试验，分析比较了枢纽布置、表孔泄流能力、宽尾墩、台阶坝面及下游消能防冲等问题，提出了X形宽尾墩，它具有传统宽尾墩大单宽泄洪消能作用，同时又有台阶坝面小流量消能作用，使消力池底板承受冲击压强减小30％。     

中小型拱坝表孔大流量泄洪消能建筑物体形研究

依据圆满贯工程水工水力学模型试验资料,对中小型拱坝表孔大流量泄洪建筑物体形问题进行研究,提出了一种复合消能工体形与设计思路,即采用宽尾墩窄缝纵向水舌与连续鼻坎横向扩散的综合形式,可使水舌在纵向与横向实现全范围的扩散,充分利用消能空间与水体,既适应了不同流量洪水泄洪的要求,又使消能率得到大幅度提高,大流量泄洪冲坑深度可减小28%.