用于大单宽泄洪台阶坝面上的一种新型宽尾墩

近年来，宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的联合消能工形式,在工程中不断得到发展与应用，但这些工程单宽泄量均不大于200m^3/s.m。在乌江索风营水电站水工模型试验的基础上，为台阶坝面的使用提出一种新型宽尾墩－X型宽尾墩，用以取代传统宽尾墩，这种宽尾墩与台阶坝面，消力池联合使用，既发挥了台阶坝面的消能作用，使宽尾墩＋台阶坝面＋消力池这种综合消能形式能够推广到大单宽泄洪建筑物上，同时也为台阶式坝面的发展直到一定的促进作用。     

乌江索风营水电站泄洪消能布置设计

索风营水电站泄洪布置设计采用宽尾墩后接台阶坝面，下设消力池的综合消能形式，这种消能形式既利用碾压混凝土层层碾压而形成台阶坝面，加快施工速度，且阶梯溢流面对坝面进行加糙，又利用宽尾墩后的无水区，对阶梯和宽尾墩水舌底部之间通气，避免空化和空蚀，从而使阶梯溢流坝向高水头大单宽流量方向发展。设计首次采用了异形宽尾墩即“X”型宽尾墩，区别于以往设计的“Y”型宽尾墩，增加坝面过流，充分发挥台阶的消能作用，而且增加下游消力池的水深，加大消力池内的动能损耗。该方案经水工模型试验验证，消能效果良好。     

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％。     

乌江思林水电站泄洪消能建筑物设计

思林水电站溢流表孔堰上水头与单宽泄量两项指标远远超过已建同类工程，而且最大泄洪总水头在百米左右。通过分析比较和模型试验论证，表孔采用X型宽尾墩＋台阶坝面＋戽式消力池联合消能的消能工，适应大流量低佛氏系数泄流消能的特点，利用宽尾墩三元漩滚水跃消能特性，提高了消力池的消能率，缩短了池长，节省了工程量。     

索风营水电站水库调度方案探讨

索风营水电站是应用X形宽尾墩+台阶坝面+消力池联合泄洪消能方式(水力学研究模型试验研究发现的一种新型消能方式)的第1个工程,因此该电站的水库调度方案显得尤其重要。该水库于2007年7月30日首次开闸泄洪;2008年遭遇了凝冻灾害,为保证水库安全运行启动了水库紧急调度方案。本文根据2007年泄洪后的数据与试验资料以及紧急措施对索风营水电站水库调度方案进行探讨。     

泄洪消能新技术在索风营工程上的应用

索风营水电站工程大坝溢流采用的“X型宽尾墩+阶梯坝面+消力池”组合消能的方式,目前在国内属首次应用。该组合消能方式具有以下优点:(1)可以有效地解决大流量消能防冲问题;(2 )溢流坝段过流时能充分发挥阶梯坝面的消能作用;(3)当发生小流量泄洪时,是典型的小单宽流量阶梯坝面消能方式,此时主要通过阶梯坝面进行消能,水流对消力池底板的冲击力很小,底板的受力条件较好,不容易造成底板破坏泄洪消能新技术在索风营工程上的应用     

索风营水电站泄洪消能工设计研究

索风营水电站河谷狭窄，单宽流量大，泄洪消能布置较困难，通过各种消能型式比较及水工模型试验验证，采用新型结构形式——“X”型宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的综合消能形式，水流流态和泄量均满足设计要求。通过调研、设计、施工和模型试验论述了这一新型消能工的优越性，为今后类似工程提供科学依据。     

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。     

过渡阶梯大小对一体化消能工消能特性的影响研究北大核心

由"宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池"组成的一体化消能工在现代高水头大单宽泄流量的水利水电工程建设中得到广泛的应用。基于阿海水电站,研究了WES曲面与阶梯溢流坝连接处的连接形式对该消能工水力特性的影响。采用水气两相流VOF计算方法辅以三维RNG k-ε湍流数值模型,对分别由12个0.5 m×0.375 m(高×宽)台阶、6个1 m×0.75 m(高×宽)台阶、3个2 m×1.5 m(高×宽)台阶以及2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯进行三维数值模拟。研究结果表明:随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,溢流坝面最大湍流动能k逐渐减小,最大湍流耗散率ε逐渐增大,消能率也将逐渐增大;k及ε在消力池内分布规律基本一致,主要分布在消力池前端的底部和中部。由2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯消能效果最好。     

过渡阶梯大小对一体化消能工消能特性的影响研究

由"宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池"组成的一体化消能工在现代高水头大单宽泄流量的水利水电工程建设中得到广泛的应用。基于阿海水电站,研究了WES曲面与阶梯溢流坝连接处的连接形式对该消能工水力特性的影响。采用水气两相流VOF计算方法辅以三维RNG k-ε湍流数值模型,对分别由12个0.5 m×0.375 m(高×宽)台阶、6个1 m×0.75 m(高×宽)台阶、3个2 m×1.5 m(高×宽)台阶以及2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯进行三维数值模拟。研究结果表明:随着过渡阶梯台阶尺寸的增大,溢流坝面最大湍流动能k逐渐减小,最大湍流耗散率ε逐渐增大,消能率也将逐渐增大;k及ε在消力池内分布规律基本一致,主要分布在消力池前端的底部和中部。由2个3 m×2.25 m(高×宽)台阶组成的过渡阶梯消能效果最好。     

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。     

与宽尾墩联合使用的台阶面破坏问题研究

宽尾墩+台阶式溢洪道的消能形式已被许多工程所应用,但从近年工程运行情况看,个别工程出现台阶面破坏现象。根据工程模型试验资料,结合同类工程原型观测资料,对有可能在宽尾墩水舌作用下,影响台阶面出现破坏的时均压强、近底流速、掺气浓度等水力学参数分别进行了测试分析;同时,依据台阶面脉动压强和时均压强试验测试数据,采用材料力学方法,对台阶面混凝土分层后的受力情况也进行了分析。结果表明若台阶面碾压混凝土出现分层与表面止水破坏,则脉动压强就会通过表面缝隙与层面间隙作用于混凝土,混凝土也可能因此出现最大正应力,而当最大正应力超过混凝土的抗拉强度,台阶面混凝土就可能出现破坏。     

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.     

与宽尾墩联合使用的台阶面水流压强特性研究

 随着RCC筑坝技术的发展,宽尾墩与台阶面联合消能技术已先后在许多工程中得到应用。通过工程原型与模型试验资料的综合分析,对不同体型及使用条件下,与宽尾墩联合使用的台阶内部压强与总体压强分布规律进行了研究。研究结果表明：台阶内部压强分布规律及台阶总体压强分布规律主要与堰面使用的宽尾墩形式有关,台阶坡比对台阶面总体压强影响幅度较小,台阶高度几乎不产生任何影响。     

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。     

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。     

洛古水电站泄洪消能建筑物设计

洛古水电站采用3表孔集中布置、2底孔分列两侧的孔口布置方案,表孔采用“x”型宽尾墩＋WES曲线＋台阶堰面＋消力池的消能方式,底孔采用坝内有压式流道＋反弧＋消力池的消能方式,表底孔共用1个消力池。通过模型试验验证,洛古水电站泄洪消能建筑物的布置型式很好地适应了坝址的地形地质条件,能够满足泄洪消能要求,消能效果良好。     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。