墩头超长实用堰泄洪安全分析及模型试验验证——以缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站工程为例

以缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站工程为例,论述了将WES实用堰的闸墩墩头向上游超长延伸之后,对泄洪安全所造成的影响。针对WES实用堰流量系数、堰面动水压力容易受边界因子影响的特点,对设计断面的堰顶布置和墩头形状进行了优化。根据堰面空化数计算公式及水流特性推导出计算的关键部位,对空化数进行计算。采用几何比尺为1∶60的物理模型对溢流堰的泄流能力和堰面动水压力进行了试验测试。试验结果表明:溢流堰的模型试验泄流能力和设计泄流能力非常相近。堰面动水压力除工况2的B4测点出现了-1.2 k Pa的微小负压值外,其余堰面时均压强值均大于0。从而,在泄流能力和堰面动水压力两方面都验证了这种设计方案的合理性。该工程所遇到的结构布置问题在中低溢流坝工程中属常见问题,解决思路可为今后类似工程建设借鉴参考。     

庙子头水电站两种堰型选择水闸断面模型试验研究

通过庙子头水电站两种堰型选择水闸断面模型试验研究 ,获得了宽顶堰与驼峰堰的泄流能力曲线和综合流量系数等试验成果。经综合比较分析表明 ,在平底泄水闸上做成较小的曲线型剖面堰型式的驼峰堰 ,可获得较宽顶堰大的流量系数 ,提高了泄水闸的泄流能力 ,从而可减少闸孔数目 ,节省开挖方量和投资     

一种新型的迷宫堰布置形式-P.K堰

P．K堰顶部宽而底部窄，有效增加了堰的展长，增加了泄流能力，尤其适用于现有溢流坝的改造。模型试验表明，P．K堰的泄流能力远大于直线堰，B型P．K堰的泄流能力高于A型。     

琴键堰增设护墙对泄流能力影响的模型试验研究

为探究在堰顶增设护墙以及护墙高度对琴键堰泄流能力的影响,通过模型试验对比分析了8种不同高度护墙琴键堰的泄流能力,并通过数值模拟对5种不同高度护墙琴键堰各溢流前缘的泄流量、水面形态以及流速分布等特征进行了分析。结果表明:相较于基础体型,增设护墙提高了进口和出口宫室的泄流效率和泄流量占比,提高了侧堰泄流量,减少了侧堰溢流碰撞,提高了水流下泄流速,从而提升了琴键堰的泄流能力;增设护墙高度为堰高的13%时,泄流能力提升最大,当相对水头 H/P<0.20、0.20相似文献   

Z形薄壁堰过流能力试验

鉴于Z形堰的水流特性及过流能力尚未见到相关报道,为研究Z形堰的过流能力,采用概化水工模型,进行了6个堰型方案、12组流量的水工模型试验。结果表明,Z形堰的过流能力大于直线堰,且Z形堰的展宽比越大,流量扩大倍数越大;Z形堰的流量计算可采用通用的堰流公式,其综合流量系数与堰上水深、堰高、展长、前堰宽、后堰宽等因素有关,展宽比、前后堰宽比越大,流量系数越大;堰上水深与堰高之比越大,流量系数越小。利用试验数据给出了考虑堰上水深与堰高之比、展宽比、前后堰宽比等因素的Z形堰流量系数估算公式。     

九龙峡水电站溢流堰三维数值模拟

利用 FLUNET 软件,以 k-ε湍流模型封闭 Reynods 方程,采用 VOF 法追踪自由水面,对九龙峡水电站表孔溢流堰的水流按定常流动进行了三维数值模拟。结果表明：溢流堰的泄流能力、水面线、压力分布和流速分布等计算结果与模型试验实测结果吻合良好,说明数值模拟计算可以用于一些水工建筑物泄流计算和设计     

吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞水力特性试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞的水流流态、压力分布、流量系数等水力特性进行了研究,分析了在进水口溢流堰末端增设掺气坎对进水口及竖井内流态及通气孔风速的影响。研究结果表明:在溢流堰末端增设掺气跌坎有利于减小溢流堰面的负压、防止空蚀破坏、简化进口体型设计,且有利于泄洪洞的安全运行。     

西藏拉洛水利枢纽德罗电站前池泄槽水力设计

西藏拉洛水利枢纽工程位于西藏自治区南部日喀则地区。德罗电站前池溢流堰采用开敞式平底宽顶堰,沿山脊布置下游泄槽,最大落差达230余米,泄槽底坡变化大、线路曲折,全长2 297.20 m。针对泄槽复杂多变的弯道及坡度的水力设计难点,设计提出泄槽采用沿程设置台阶、中部间隔加设整流池及末端设置消力池的综合解决方案,有效地适应了弯道、底坡变化大的自然条件,且成功解决了高水头、高速水流的消能难题。其工程经验可供同类工程参考。     

Discharge Coefficient for Trapezoidal Labyrinth Side Weir in Subcritical Flow

The discharge coefficient of a trapezoidal labyrinth side weir is a function of the Froude number F ₁, the dimensionless effective crest length L/ℓ, the dimensionless weir length L/B, the dimensionless weir height p/h ₁, and the sidewall angle α. A labyrinth weir is an overflow weir, folded in plan view to provide a longer total effective length for a given overall weir width. These weirs have advantages compared to the straight overflow weir and the standard ogee crest. Previous studies on the subject have generally focused on rectangular side weirs located on a straight channel. The present study investigates the hydraulic behavior of a trapezoidal labyrinth side weir. The results show that the discharge coefficient of labyrinth side weirs gives a significantly higher coefficient value compare to that of conventional straight side weirs. Discharge coefficient of the trapezoidal labyrinth side weir is 1.5 to 5.0 times higher than the conventional straight side weir. Consequently, an equation for the coefficient of discharge is introduced. The results predicted by the equation were shown to be very satisfactory using root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE) and correlation coefficient (R) statistics.     

无坎宽顶堰堰流流量系数的探讨

为方便而又精确地确定无坎宽顶堰的堰流流量系数,通过比较、分析几例已建工程水工模型试验数据,指出在进行水闸泄流能力计算或确定水闸规模时,采用SL265—2001《水闸设计规范》中的计算公式,应合理确定堰流流量系数的适宜取值范围.提出在自由出流条件下,按常规设计的闸墩结构和闸室上下游连接段为矩形断面的无坎宽顶堰,堰流流量系数m在0 36～0 375之间取值更为适宜.     

An iterative hydraulic design methodology based on numerical modeling for piano key weirs

Piano Key Weir (PKW) is a special type of overflow weir which provides an improved discharge capacity with its increased crest length. Increased discharge capacity makes this weir an attractive alternative in the rehabilitation of existing spillways. After the introduction of this new weir type, many experimental and numerical studies are conducted to understand the effect of the numerous geometrical parameters on the discharge capacity. However, empirical discharge formulas suggested by different researchers are not conforming to a unique expression mostly due to dependence on the experimental conditions from which they are derived. A numerical approach is used in the present study to investigate the dependence of discharge capacity of a PKW unit on several geometric parameters. Numerical models are developed and three-dimensional velocity fields are computed using FLOW-3D® software. Discharge efficiency of a PKW over an equivalent linear sharp-crested weir is evaluated within the practical range of parameters from 145 numerical solutions for 29 different PKW models. Numerically obtained data is used to form dimensionless expressions for the weir height and length as function of discharge efficiency which are proposed to facilitate an iterative numerical solution to meet the design requirements of a given project. This approach allows cost optimization while dimensioning the PKW for the required hydraulic capacity. The design procedure based on iterative numerical solutions is described and exemplified.     

堰式进口溢洪洞设计与水力特性分析

云南晓街河水库工程泄水建筑物采用堰式进口溢洪洞,进口布置开敞式溢流堰,泄槽段采用隧洞型式。由于泄水建筑物结构较为特殊,且上、下游水头差高达79 m,水力特性较为复杂。通过泄流能力、流态、沿程水面线等水力计算分析,并结合模型试验,分析了堰式进口溢洪洞的布置、结构、尺寸等设计要求及水力特性。验证结果表明,设计方案中的溢洪洞泄流能力满足工程要求且流态较好。可为类似工程设计提供一定参考。     

金溪电站溢流拱坝水力学试验研究

通过室内物理模型，对金溪一级电站溢洪道水力学问题进行试验研究，提出了满足工程要求的较优的溢流堰体型和二道坝高度。此方案不仅有较好的泄流能力和消能效果，而且节省了工程投资。     

WES型复合堰型划分及泄流能力研究

WES型复合堰是由WES堰的堰顶增加一平段衍变而成。通过改变堰顶厚度以及上游堰高形成一系列不同体型的WES型复合堰,由过堰水流流态和流量系数的变化规律,探讨了将WES型复合堰划分为WES型复合实用堰与WES型复合宽顶堰,及将WES型复合实用堰划分为高堰与低堰的划分标准,并在高、低堰的划分标准中考虑了堰顶厚度的影响。此外,按堰型分类给出了设计水位下流量系数的拟合公式,为进一步研究奠定了基础。     

折线型实用堰过流能力研究

折线型实用堰作为低堰应用于中小型水利工程。通过整理前人研究成果,以及对实测试验资料进行分析,提出了折线型实用堰的界限范围：0.67＜δ/H≤1.5～2.0,且0.5≤P/H,给出了自由泄流时流量系数的计算公式。     

表孔溢流堰体型优化设计及模型试验验证

溢流表孔在水库汛期泄洪中作用显著,成功的表孔溢流堰体型设计是保证其功能有效发挥的重要前提。以浯溪口水利枢纽工程溢流表孔堰面为例,论述了堰面曲线设计及因结构布置需要对WES实用堰体型所作的一些改进,同时通过物理模型试验从泄流能力和堰面动水压力两方面验证了表孔溢流堰体型改进设计的合理性。研究成果对类似工程溢流堰体型优化设计具有一定的借鉴和参考价值。     

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。     

气水两相流模型试验条件与掺气浓度相似律

从气体运动状态方程出发,研究了竖井有压流动模型中气水两相流的运动规律,分析了气泡几何相似、运动相似以及动力相似的条件,指出掺气浓度相似律是研究气水两相流相似问题的又一必要条件,即原、模型的掺气浓度必须相等,前提为大气压强或密度相似。对照公伯峡水电站竖井水平旋流洞原型与常压模型水流中掺气浓度测值的差异,给出了该竖井流态、压强、流量等不相似现象的合理性解释。依据掺气浓度相似律准则进行气水两相流模拟研究,对于发展传统水力学研究理论、创新研究方法、完善工程应用技术等,可以起到有效的推动作用。     

溢洪道异型进口在斗上水库除险加固工程中的应用

斗上水库除险加固新增溢洪道工程采用异型进口,通过增加溢流堰宽度,加大泄洪流量,降低堰上泄洪水头,减少了淹没损失,节约了工程投资,经济效益明显.     

迷宫堰及阶梯式泄水陡槽在六道河水电站中的应用

六道河水电站前池布置单侧溢流堰,由于前池长度较小,采用常规堰型不能满足泄流要求,迷宫堰可延长溢流长度,当堰上水头较低时,泄流能力较直线型堰明显增大,工程中采用了迷宫堰形式。迷宫堰后的泄水陡槽由于受到已有建筑物与当地地形条件的限制,采用常规泄水陡槽无法满足泄流消能要求,因此在空间有限的前提下采用了阶梯式泄水陡槽。本文介绍了六道河水电站中迷宫堰和阶梯式泄水陡槽的水力设计和结构设计方法,在阶梯式消能工的计算中采用了数值计算方法进行验证。