挑射水流对岩石河床冲刷的研究进展

高坝大流量坝身泄洪几乎全部采用挑流消能方式,分析了国内外关于挑射水流对岩石河床冲刷的各种理论,并对高拱坝挑流消能冲坑深度预测、基岩冲刷的模拟方法、岩石冲刷破坏机理研究等问题进行了综述.同时提出岩石河床冲刷研究的关键课题.     

表孔分流坎挑流消能工在龙潭拱坝中的应用

龙潭高以曲拱坝表孔挑流泄洪，水头高，泄量大，河谷窄，溢流堰布置受坝体厚度限制，采用新型分流坎挑流消能工，使水流在空中扩散，碰撞，消能效果极佳，大大减轻了泄流对河床的冲刷破坏作用，在国内已建高薄拱坝泄洪中为首次建成运行。     

收缩转向射流技术在隔河岩工程中的研究应用

隔河岩工程，具有流量大，水头高、下泄功率大，狭谷河床、地质条件差等特点，由于拱坝向心集中水流，使下游河床冲刷严重，经试验研究，采用收缩转向射流，表孔用不对称宽尾墩加挑坎，深孔出口下湾形窄缝扭向挑坎，较好地解决了高拱坝泄洪向心集中问题，消能效果好，是一种创新消能措施。     

丹达河水电站窄缝消能研究

通过物理模型试验,对狭窄河谷拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能方式进行了研究,得出:表、中孔均采用窄缝收缩体形可以使水流横向收缩、纵向扩散,分区分散落水,大大减小水舌在单位面积内的入水量,从而减小对河床的冲刷.采用质点抛射体运动轨迹理论对中孔水舌挑距进行了分析计算,并与试验值进行了对比,两者吻合良好.说明窄缝方案能很好地解决狭窄河谷中拱坝坝身挑流无碰撞泄洪消能问题.     

高坝二级挑流消能研究

为研究高坝挑流消能的效果,结合四川省某水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,对在较高水头、较大流量工况下的溢洪道挑流消能形式进行优化研究。结果表明:通过将一级挑流改成二级挑流,即一级挑射水舌在各种工况下都挑落在平台上,水流通过平台形成二次挑流均匀挑入下游河道,可以有效分散消能,降低挑射水舌的高度,减小河床冲刷。采用二级挑流消能形式,有效地改善了原方案一级挑流消能引起的产生较大冲刷与雾化现象。     

两江口水电站水力整体模型消能工选择

挑流消能经常是借助水流横向或者纵向的扩散，通过吸会和昆空气消杀部分能量，以减少对河床单位面积上的冲击力，提高消能效率，达到减轻下游冲刷的目的。工程挑流消能因受河床宽度、左岸电厂厂房及下游弯道岸坡对最大、最小挑距的限制，所以在试验中经过多次修改，最后选定（修改方案１０）高、低坎对冲式消能工，使水流在空中相互碰撞消能，效果较好，并为工程节省了工程量，取得了明显的社会效益和经济效益。     

白石水库溢流坝选用异型宽尾墩消能

针对工程下泄单宽流量较大，坝较低，下游河床岩石较软，以及低弗氏数的特点，为满足消能，减少坝下游冲刷，提出采用宽尾墩挑流消能．尔后经水工模型试验确定用异型宽尾墩消能，实践说明，效果达到设计要求.     

大坝下游岩石河床的冲刷问题

大坝下游岩石河床的冲刷问题Ｆ．Ｅ．Ｆａｈｌｂｕｓｃｈ主题词水力冲刷，动量方程，水力计算，消能工与挑流鼻坎、滑雪式溢洪道和自由溢流有关的自由抛射的高能射流造成的冲刷坑或跌水潭，只有当它们出现在谷坡和坝基的安全距离之外时，才是有利而廉价的消能工，因为安全...     

一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究

为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题,结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工,采用物理模型试验和基于Flow-3D的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。研究结果表明:该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量,避免水舌集中冲刷河床;可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点,使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。     

南哨水电站拱坝体型设计

南哨水电站位于雷公山暴雨中心区， 洪水峰高量大， 水库基本无滞洪削峰， 由于坝址处河床深切而狭窄， 溢洪道作拱坝坝身表孔溢流短鼻坎挑流的布置。为使溢洪道既有较好的挑流消能效果， 又能达到控制大坝工程投资的双重目的， 将混凝土拱坝体型作了一反常规的设计布置， 即河床部分悬臂梁的上部向水库倒悬呈负坡， 岸边悬臂梁渐变为竖直呈正坡； 水平拱圈曲率由高到低逐渐变小， 而曲率半径则逐渐加大。拱坝的体型适应了溢洪道作高落差挑流鼻坎的布置， 使其溢洪舌远离坝脚， 经运行１３ 年来多次洪水的检验， 在下游不做消能防冲工程措施的情况下， 保证了大坝和下游两岸岩体的稳定安全， 而大坝和溢洪道运行状态良好。     

河床演变的均衡稳定理论及其在黄河下游的应用

在系统分析有关河床演变均衡稳定理论的研究成果基础上,指出河流熵理论的最小可用能耗率原理及其表达式完整地表达了冲积河流河床演变的自动调整作用基本原理,应用河流最小可用能耗率原理的表达式封闭河床演变方程组,建立河床演变均衡稳定数学模型,应用该模型计算了黄河下游各河段在不同水沙条件下的河槽均衡稳定断面,并计算分析了小浪底水库下游的清水冲刷、拦粗排细和水温变化及涨冲落淤等因素对河槽均衡稳定的影响,分析了河道输水输沙优化的临界指标,提出了强化非恒定流调水调沙、调控60-100 kg/m3的不利来水含沙量和以滞洪拦粗排细运用为主等改善小浪底水库运用的措施。     

窄缝式挑坎下游河床冲刷特性研究

溢洪道下游出口设置了窄缝式挑坎之后,增大了其挑射水流的消能率,可明显减轻对下游河床的冲刷.在简要地分析溢洪道窄缝式挑坎体型布置的基础上,根据溢洪道窄缝式挑坎下游河床冲刷的水力模型试验资料,提出了其下游河床冲刷深度的计算式,并给出了相应的算例.本文成果可供类似工程设计和运行参考.     

热膜测速技术在挑射水流中的应用及高坝消能机理的研究

为探讨挑射水流在冲坑内的基本特征与消能机理，首次利用热膜测速技术量测定床冲坑中淹没射流的沿程时均流速和脉动流速分布，并同时量测沿坑底的压强场，给出入射区、冲击区和壁射流区３个子区的流速和压强的变化规律；计算坝面摩阻消能，空中扩散消能和冲坑水垫中紊动剪切消能３部分的消能效率。     

热膜测速技术在挑射水流运动特性及高坝消能机理研究中的应用

本文为探讨挑射水流在冲坑内的基本特征与消能机理，首次利用热膜测速技术量测定床冲坑中淹没射流的沿程时均流速和脉动流速分布，并同时量测沿坑底的压强场，给出入射区、冲击区和壁射流区三个子区的流速和压强的变化规律；计算坝面摩阻消能、空中扩散消能和冲坑水垫中紊动剪切消能三部分的消能效率。     

急流槽出口冲刷机理与影响因素试验研究

在山区公路排水系统中，急流槽作为路基排水设施之一，占有相当的比例。急流槽出口铺砌末端垂裙处常发生局部冲刷破坏。在室内试验基础上，从二元水流和动力学角度，分析了局部冲刷形成机理，并讨论了局部冲刷深度的影响因素，得出流量、河床质的组成和出口消能形式为主要影响因素。提出按最优水力原理设计出口断面，可通过改变下游河床质为粗粒式、采用铺砌或消力池加挑坎等消能形式，减小出口局部冲刷深度。这些措施可用于公路排水设计及急流槽养护中。     

Engineering application of submerged water jets for sediment removal in a tidal riverbed

Sediment deposition problems have attracted the interest of engineers and researchers. Several experimental studies have been conducted on scour depth using turbulent jets. However, field observation and monitoring have rarely been reported. This study aimed to eliminate sediments on a tidal riverbed using a prototype device, which consisted of a set of submerged vertical water nozzles and submerged horizontal air nozzles. The effectiveness of the water jet in sediment removal during spring and neap tides was evaluated. The quantitative relationships of dimensionless parameters, such as (1) the relative sediment scour volume versus the number of flows from the jet exit, (2) the relative sediment scour volume versus the relative scour depth, and (3) the relative scour size versus the relative jet intensity, were analyzed. The results showed that the freshwater flowing to the sea affected the sediment scour volume during the falling cycle of spring tides. In contrast, the rising cycle of spring tides retarded the freshwater flow, resulting in a decrease in the sediment scour volume. A steep water surface slope accelerated the river flow and further influenced the cross-flow current around the study area. As a result, a highly diffusive turbulent flow was produced, causing suspended sediments to be rapidly removed from the scour hole center. An increase in the number of flows from the jets led to intensified diffusion of turbulent energy into the flow. The rapidly varying water depth caused jet energy to be dissipated before approaching the riverbed, and it significantly affected the scour process during the spring-tide period. The proposed equations can be used to estimate the scour volume, scour size, and re-suspended sediments in tidal rivers within defined ranges of parameters.     

高拱坝泄洪消能水力设计研究与应用述评

高拱坝泄洪消能的特点是坝高落差大 ,流量大 ,功率大 ,位于河谷狭窄地区 ,泄洪消能与防冲问题突出 .经科学研究 ,采用“分散泄洪 ,削弱水流冲击力 ,加固河床 ,增强河道抗冲能力”的综合治理措施 ,较好地解决泄洪消能布置问题 .提出了表孔大差动坎加分流齿、双层多孔、水流撞击、下设水垫塘联合消能的典型布置方案 ,经实践证明 ,方案可靠 ,消能效果好 .     

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。