窄缝消能工水力特性的数值模拟与试验研究

本文对高拱坝深孔窄缝消能工的有压洞段及出口的压力、沿程水面线、沿程流速分布、水舌入水角度、水垫塘底板的动水压力分布等水力要素进行了研究,采用基于VOF两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对各水力要素进行了数值模拟,并与模型试验结果进行比较。结果表明:数值模拟结果与模型试验吻合良好,说明利用该数学模型模拟窄缝收缩段、空中射流水舌及水垫塘的水力特性是可行的。利用抛射体理论计算公式得到各种形式下水舌进入水垫塘的运动轨迹、入射角及入射流速,弥补了模型试验中无法测量空中水舌流速分布的不足,可以为工程设计及应用提供一定的参考依据。     

高重力坝挑坎体型及水力特性对比

基于水工模型试验方法,利用几何比尺为60的黄河古贤水利枢纽水工模型,研究了连续式、窄缝式、差动式、燕尾式、直边窄缝燕尾式及曲面窄缝燕尾式共6种体型挑坎的水舌特性及水垫塘底板的压强特性。结果表明:连续式挑坎水舌呈连续且集中的形态;当挑角为30°时,窄缝式挑坎并未呈现纵向拉伸的水舌形态,内外缘挑距大,入水宽度小,冲击压强与脉动强度较大;差动式挑坎水舌呈现分层分股的形态特征,入水宽度变大,冲击压强与脉动强度减小;燕尾式挑坎水舌纵向呈扫帚状,水舌面积增大,在空中扩散、掺气、摩擦消散充分,入水宽度大大增加,沿程时均压强未出现冲击压强且脉动强度最大值比连续式、窄缝式及差动式挑坎分别降低59.5%、69.8%和39.4%;曲面窄缝燕尾式挑坎横向收缩与纵向拉伸效果比直边窄缝燕尾式挑坎好,且横向收缩有利于近坝区水体紊动及削弱二道坝区水体紊动;燕尾式挑坎有利于水垫塘底板稳定和下游消能防冲,对于类似高重力坝挑坎体型选择具有一定参考价值。     

窄缝挑坎在高拱坝深孔中的 初步应用研究

在锦屏一级水电站（拱坝坝高305 m）整体水工模型上将窄缝挑坎应用于高拱坝泄洪深孔,对窄缝挑坎体型参数选择和布置进行了试验研究。试验结果表明,窄缝挑坎应用于高拱坝深孔,可以获得窄长下泄水流流态;边墙压力测量结果显示,深孔采用窄缝挑坎后边墙无负压出现,但在窄缝收缩起点附近存在压力增大;射流水舌在水垫塘内纵向扩散效果显著,水垫塘底板时均冲击动压分布相对常规挑坎时而言更加坦化,底板冲击动压差也大大减小,这对水垫塘底板稳定和减小射流冲刷有利.     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

窄缝消能工动压及脉动特性

本文通过大量实验,对窄缝消能工的时均动水压力及脉动压力特性进行了初步研究.认为:窄缝消能工的底板和边墙所承受的动水压力比常规挑坎情况大得多,窄缝消能工的动水压强沿程分布规律符合本文表达形式(2)的;高速水流对窄缝消能工边墙冲击的脉动特性属于低频脉动,边墙上的脉动荷载占相应的动水荷载的比值较小,脉动能量主要集中在极低的频率范围内,因此动水压力脉动引起窄缝消能工边墙振动的可能性较小;窄缝消能工边墙的水流脉动压力振幅概率分布符合正态性.     

燕尾坎水舌冲击特性试验及数值仿真研究

泄洪防冲消能设计是水利工程设计中的重要技术问题。采用水工模型试验和数值模拟相结合的方法对连续坎和燕尾坎的水力特性进行了对比。主要研究内容包括两种挑坎的水舌运动特性、水垫塘底板动水压强分布及其扩散特性、RNG k-ε湍流模型求解脉动荷载的可行性。研究结果表明：RNG k-ε湍流模型对于连续坎和燕尾坎的水舌形态、水垫塘底板时均压强、不同工况下水垫塘底板脉动均方根的变化规律均可达到较高的模拟精度;相比于连续坎,燕尾坎对于水舌的纵向拉伸效果明显,水垫塘冲击区范围扩大,底板上的时均压强与脉动压强均方根峰值均向上游移动且大幅度减小,荷载集中程度减弱。     

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔，并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明，当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时，获得了窄长的下泄水流流态，表孔和深孔水舌空中相互穿插下落，不发生碰撞，不仅实现了无碰撞消能的目的，有助于降低泄洪雾化的强度，而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间，特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。     

收缩式窄缝挑流水流特性及挑距的研究

国外五十年代开始采用的窄缝式挑流消能,为解决狭谷河段建坝的消能防冲问题开辟了一条新途径,国内是从七十年代中期开始这方面的介绍、研究与应用的。实践与研究都说明,窄缝挑流是适于狭谷河段枢纽泄水建筑物的消能措施。由于窄缝挑流的挑坎出口断面急剧收缩,其水流条件比较复杂,所以这种消能工有待于进一步探讨。本文仅就收缩段的水流特性及挑距计算问题作一些研究。(一)窄缝挑坎收缩段的水流特性1.窄缝挑坎的起挑水头窄缝挑坎的水舌流态是随上游水头的升高而变化的。底孔上采用窄缝挑坎,水流首先由强迫水跃转化为过渡流态,即水舌主体形成挑流,挑坎内水流表面仍有漩滚存在(图1—a)随水头增高表面漩滚的挑出,且当收     

适用于高水头窄河谷的燕尾斜切组合挑坎试验研究

窄缝挑坎和燕尾挑坎是高水头、窄河谷泄水洞挑流消能常采用的挑坎型式,通过纵向拉伸水流形成片状水舌,达到水流顺利入槽、下游河道水流充分消能的目的。由于挑坎自身具有的特点,窄缝挑坎和燕尾挑坎的出射水流沿泄槽轴线纵向拉伸,下游河道落水区域呈平面一字型。为了避免挑坎内缘水流落砸本岸,需控制水舌的纵向拉伸长度;而对于下游河道地质条件较差的工程,水流消能难以达到满意的效果。结合两河口水电站溢洪道1∶40水工物理模型,通过窄缝挑坎、燕尾挑坎和新型燕尾斜切组合挑坎的对比试验研究,所提出的新型燕尾斜切组合挑坎在适应河型和充分利用水舌纵向拉伸长度方面具有一定的优势,能更好地满足工程下游河道的消能防冲要求。试验研究成果可供类似工程参考。     

三河口水利枢纽泄洪消能工体型优化试验研究

通过水力学模型对三河口水利枢纽泄洪消能工体型进行了试验研究。结果表明:两底孔出口采用矩形不对称宽尾墩形成的窄缝体型,三表孔采用左、右表孔差动式齿坎与中表孔舌型鼻坎组合的优化方案具有表孔、底孔出口水舌上下分层、前后拉开、横向扩散的特点,从而改善了水垫塘内的水流流态,提高了消能效率,水垫塘底板所受动水冲击压力及脉动压力达到了设计要求。     

北京市地下水水位下降严重原因分析及对策研究

针对北京市地下水水位持续下降,特别是城镇居民供水水源地水位严重下降的现状,从北京市气候变化、水资源状况、供用水量、供用水结构等方面分析了北京市地下水水位下降严重的主要原因,并提出遏制地下水持续下降、涵养地下水水源的对策与措施,为北京市水资源规划、管理和配置乃至经济社会发展提供科学的决策依据。     

关于太原市分类供水的建议

根据太原市已形成的城市布局及经济社会发展状况，提出了分类供水方案，分析了分类供水的可行性，体现了以人为本的水资源合理利用和配置的理念。     

沈阳市发展节水灌溉水费价格的支撑体系研究

支撑节水灌溉水费价格的因素很多，本文就我市水费成本、水费价格标准、农民的负担能力、物价上涨指数、水费政策和管理运行机制等因素进行阐述，以期能促进节水灌溉的进一步发展。     

我国农村水权交易中的经济问题研究

从经济学角度探讨了农村水权交易问题,通过对水市场、水价、水权价格、交易中介及在有水权交易制度下农户用水行为的分析,得出了在农村进行水权交易可促进节水,建立“节水型社会”,提高水资源的利用率的结论。     

论水资源在西北大开发中的战略地位

水资源是生态环境建设、工农业生产和经济结构调整的基础，西北地区水资源的现状是地均、人均占有量少，地区间分布不均，年际、年内变化大，且存在着利用率低、浪费严重等突出问题，西北地区是中国西部开发的主战场，水在西北大开发中至关重要，具有牵一发而动全身的作用，集水、节水是目前较为有效的对区内水资源合理利用的方法，但由于区内水资源本身的有限性，难于治本，西北地区水资源的根本改善应主要依赖于引水工程，特别是大西线南水北调工程的实施。     

水资源研究所50 年研究历程回顾

文章回顾了50年来水资源研究所面向国家重大水事实践需求,以为国家及地方水利部门提供服务和科技支撑、解决生产中的实际问题为出发点,开展的科学研究和技术服务工作。重点论述了水文与暴雨洪水、水资源评价、水资源配置、水价与水权研究、水资源保护、生态需水与生态水文学、水资源信息化与数字流域等方面的主要研究工作和取得的成就,展示了水资源研究所雄厚的科研基础和创新能力。展望未来,面对新时期的国家需求和水利发展形势,深感水资源研究所的科研工作任重而道远。     

太浦河流量对下游水源地水质的影响

对太浦闸和太浦河泵站进行联合调度的原型试验,观测太浦河流量对太浦河下游和黄浦江上游水源地水质的影响,利用太湖雨洪资源向太浦河下游供水,可改善黄浦江上游水体环境。     

常州高铁站北侧公园景观湖水质维护工程

介绍了常州高铁站北侧公园景观湖水质维护工程的设计特点。该景观湖面积9万m2,为封闭的人工水体,采用水质净化、水体循环及补水等工程措施,并使各处理系统有机结合,使湖体水质得到有效维护,并保持良好的水体环境。     

黄河流域2030年主要节水目标研究

通过对黄河流域节水现状以及节水基础和条件的分析,拟定低、中、高3种节水目标方案,通过对不同节水目标方案下的水资源供需形势、需新增供水量、废污水排放量、节水投资等方面的综合分析,合理确定了2030年黄河流域主要节水目标:农业方面,灌溉水利用系数提高到0.59,农田灌溉定额减少到5 415 m3/hm2;工业方面,工业万元增加值取水量减少到30.4 m3,工业用水重复利用率提高到79.8%;城镇生活方面,供水管网漏失率减少到10.9%。     

石家庄市生活用水变化特征分析

通过对石家庄市生活用水变化特征分析,掌握其变化规律,为制定水资源保护规划和合理利用水资源提供科学依据。根据石家庄市2001~2012年各行业用水量资料分析,石家庄市生活用水占总用水量的9.15%。生活用水总体呈下降趋势,城镇居民生活用水下降幅度较大,平均每年减少0.0309亿m3。农村居民生活用水量呈略增加趋势,平均每年增长0.0050亿m3。生活用水呈下降趋势,源于开展生活节水措施。一是供水过程减少水网损失量;二是用水户采用节水器具,达到节水目的。通过调节水价格的杠杆,促进节水,也是生活用水下降的一个重要因素。