试论水库排沙底孔进水口前冲刷漏斗形态的主要影响因素

水利工程中普遍设置底孔来泄洪排沙。当底孔闸门开启后,近孔水流向孔口汇集,孔口前河床在大流速水流的动力作用下,甚易发生局部冲刷而形成冲刷漏斗。此冲刷漏斗的出现有利于防止孔口淤堵和减少粗沙入孔。关于冲刷漏斗的稳定形态,以往曾提出了一些经验估算方法。本文根据黄河上游刘家峡等大中型水库的实测资料,对影响底孔前冲刷漏斗稳定形态的因素进行了分析,指出其主要影响因素是坝前泄流条件、来水来沙条件和坝前淤积物的物理化学特性,并建立了定量估算冲刷漏斗稳定形态的公式,对实际工程中合理设计底孔型式的基本原则亦作了简短的陈述。     

黄河下游“驼峰”河段来水来沙条件和不平衡输沙特性研究

黄河下游特殊的来水来沙条件和独特的地理环境使高村-艾山河段成为了典型的“驼峰”河段。利用黄河下游各水文站1990-2020 年的水沙实测资料,重点分析了黄河下游花园口-高村、高村-艾山河段来水来沙情况和断面形态特征,并通过黄河下游不平衡输沙率公式,建立排沙比与河道来沙系数、河相系数之间的函数关系。结果表明：小浪底水库投入运行后黄河下游“驼峰”河段来沙量急剧减少。在此基础上构建了黄河下游排沙比与淤积量之间的数值关系,并进一步建立了排沙比与来沙系数、河相系数之间的幂函数公式,该公式可以根据黄河下游河道来水来沙条件和河道断面形态等参数更加准确地计算出下游各河段的冲淤变化情况。     

深水孔口前冲刷漏斗形态研究

本文通过清水动床模型试验,探讨了漏斗形成的物理机理;从孔前泥沙受力分析出发,由塑料沙、天然沙、电木粉所作漏斗试验和野外实测资料的分析,得到了可以运用于工程实际的孔前冲刷深度的计算公式;接着从理论上分析、并用水流结构试验论证了当坝前壅水、上游无推移质补给时,漏斗的坡角接近于泥沙的水下休止角并将保持稳定;进而测定了粒径范围较广的天然沙和漏斗模型试验中使用的轻质沙的水下休止角,得到了不同粒径散粒体天然沙水下休止角的计算公式;从而对壅水情况下的漏斗形态问题,给出了一种可行的计算方法.另外,还对泄流规模较大时,常常出现的较缓漏斗的形成条件及主要特点作了粗略分析,阐述了这种较缓漏斗与溯源冲刷的共性与差异.     

坝区漏斗域河床演变及调水调沙研究

小浪底水库是峡谷深水型水库,汛期7～9月泄水建筑物孔口前水深达55～79m。合理调度运用排沙泄洪洞,能够形成泄水孔口前的冲刷漏斗(包括风雨沟内冲刷深坑和干流冲刷漏斗两部分),并与水库淤积形态的前坡相连系,形成坝区大漏斗水域。冲刷漏斗库容与水库调水调沙的低壅水库容3.0亿m~3组合,形成坝区调节库容0.3～3.3亿m~3,可以调节坝区水流泥沙运动行状,并能解决泄水孔口防淤堵和电站防沙问题,保障安全运用。     

新疆卡拉贝利水库排沙效果试验研究

通过坝区动床泥沙物理模型试验,研究卡拉贝利水库的排沙问题。观测水库排沙运用时的坝前水流形态、沿程流速变化、冲刷漏斗形态,分析不同运用水位和开启不同排沙洞工况的水库排沙效果,并通过敞泄排沙试验探讨水库恢复部分库容的可能性。研究表明,水深与冲沙流量是影响水库排沙的重要因素,相同的冲沙流量下降低水位排沙效率更高。水库应根据上游来水来沙条件、电站运用情况和排沙洞前淤积高程,抓住有利时机,灵活地运用多种方式冲沙。     

浑水异重流孔口出流泄沙规律

对垂直壁孔口和底孔出流的室内试验资料,以及三门峡水库、官厅水库的现场异重流孔口泄沙资料进行分析,得到出流含沙量与孔口高度和泄出层厚度的经验关系曲线。此关系曲线可用于估算在一定条件(孔口流量、异重流含沙量、孔口高度)下的出口含沙量。最后分析了孔口距底高度对浑水异重流孔口出流的影响,提出设计多沙河流上水库浑水异重流孔口泄沙的孔口位置时应注意的要点。     

黄河下游来水来沙对河槽形态与河型的塑造作用

来水来沙对河槽形态与河型塑造是冲积河流河床演变研究的重要内容。利用黄河下游泥沙特性可将水流挟沙力转换成下游河道输沙平衡关系,进而推出河槽形态及河型与来水来沙的定量关系。结果表明是高含沙洪水塑造了下游上段纵坡较陡、断面宽浅、主流不稳定的游荡性河道。在当前水沙条件下,比降调整受河口限制,高含沙水流未能通过调大比降使淤积达到平衡,导致河床纵剖面平行抬高,是悬河发展的重要原因。     

非均匀沙水流挟沙力研究

本文对平衡输沙和不平衡输沙情况下非均匀沙水流挟沙力规律进行了研究，得到了平衡输沙时非均匀沙分组挟沙力公式及可能挟沙力经验曲线，定性分析了非均匀沙可能挟沙力与均匀沙挟沙力之间的差异，并且探讨了来沙条件对水流挟沙力的影响，提出了非平衡输沙时瞬时挟沙力和有效挟沙力概念及计算方法。     

不同输沙流态对多沙河流水库水沙调节计算结果影响的分析研究

在利用水沙数学模型进行多沙河流水库水沙调节计算时,准确的预判相应的来水来沙条件和库型边界条件下入库含沙水流的输沙流态并确定相应的控制方程,是确保计算结果准确的关键.通过建立水库一维非饱和输沙数学模型,对相同库型条件和相同来水来沙条件时不同输沙流态时人库水流的泥沙冲於量进行计算,初步量化回答了不同输沙流态对多沙河流水库水...     

高泥沙含量和严重淤积情况下迪那河引水枢纽运行方式优化

作为山溪性河流,迪那河具有洪枯流量悬殊,携带泥沙颗粒大、数量多的特点。多种原因,包括自然来水来沙条件、引用与冲沙用水的矛盾等,使迪那河引水枢纽面临严重的泥沙淤积和渠系进沙问题。本文对枢纽运行的方式进行优化研究,以减少进入干渠泥沙总量为主要目标,同时兼顾保持引水枢纽附近稳定的河床形态。实施河道调整和重点部位清淤等工程措施,并计划重新启用漏斗沉沙池;作为主要手段,对枢纽的调度运行方案进行优化。试运行表明,少量的工程措施和运用方式的优化减少了闸下及坝前淤积,降低了进入总干渠水流的泥沙含量,取得了良好的引水和排沙效果。     

罗坡坝水电站泄水建筑物设计及试验研究

罗坡坝水电站拱坝设置有三个溢流表孔,中间孔高程低于两侧的孔,三个泄水孔设有差动式挑坎。通过模型试验表明,不发生危及岸坡稳定的泄流雾化问题,此外,适当控制泄流水舌射程可以减少坝下冲坑深度,消能效果良好。     

基于洪水涨冲落淤特性分析游荡性河道双岸整治对冲淤的影响

基于黄河下游及主要干支流、美国密苏里河和密西西比河的实测资料,分析了低含沙洪水和高含沙洪水的输沙与冲淤特性。研究表明,河道沿程比降虽然变缓,但河宽变窄,流速沿程增加,是造成冲积河流保持洪水输沙平衡的边界条件。底沙的运动比洪水波传播得慢,是造成洪水在河道中长距离冲刷的根本原因,而与河道的比降陡缓关系不大。河道输沙特性呈现"多来多排",是形成河床沿程冲刷的水流动力条件。通过黄河下游河道双岸整治,河道形成窄深、归顺、稳定的河槽,使洪水造床和输沙作用增强,从而对河道冲刷作用增加。     

维持河口冲淤平衡洪水流量阈值研究

针对河口入海径流匮乏和海相来沙淤积的特点,引入纳潮回淤法计算漳卫新河河口年均纳潮淤积量,在此基础上,利用河口一维水沙数学模型模拟不同洪水条件下的河道冲淤量,建立洪峰流量与河道冲淤量的回归关系,确定了维持河口冲淤平衡洪水流量阈值。结果表明,漳卫新河河口年均纳潮淤积量36.7万m3,维持河口冲淤平衡的洪峰流量阈值为772.1m3/s、相应的5日平均流量为318.9m3/s。研究为河口冲淤平衡洪水流量计算提供了一种新的思路和方法。     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段，在河道不同位置布设丁坝，不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大，随着丁坝相对长度的增加，汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大，主槽范围相应扩大，其高程普遍呈下降趋势，特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑，束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时，主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大，不利于河道稳定。     

局部冲刷坑发展过程的泥沙输运特性

为揭示水流作用下沙质河床结构物周围床面冲刷过程中的泥沙输运特性,采用三维紊流、考虑推移质和悬移质运动的河床变形数值模拟,研究了清水冲刷和动床冲刷条件下,墩柱型结构物局部冲刷过程中悬移质和推移质泥沙输运贡献及其与马蹄涡流特征量、床面切应力以及泥沙悬浮指数的相关性。研究发现,清水冲刷条件下,悬移质输运占比较小,推移质泥沙输运占优;动床冲刷条件下,悬移质输运的贡献随悬浮指数的减小迅速增大;冲刷过程中悬移质和推移质输沙率与床面切应力变化趋势一致,结构物周围局部切应力的大小与马蹄涡涡量呈正相关关系。     

山区河流河床形态对推移质输沙率影响的试验研究

为探索山区卵砾石河流推移质运动受水流条件和河床形态的影响规律,开展了大比降浅水流动条件下卵砾石输移的室内水槽试验,获得了两组泥沙组成的19个流量条件下的水流、泥沙及河床三维地形场数据。结合室内水槽试验及文献中的天然河流输沙观测数据,分析了不同水沙输移阶段水流阻力、河床形态与推移质运动之间的关系。试验结果表明:河床阻力系数随着河床形态强度参数增大而增大,形态阻力与河床形态强度参数相关性更强。在泥沙补给充分阶段,推移质输沙率与床面阻力、形态阻力及河床形态强度参数均呈正相关关系;在泥沙补给不充分的水流冲刷阶段,推移质输沙率随河床形态强度参数增大而减小。     

明渠砂质床面桩柱冲刷与导流防护试验研究

为了研究明渠砂质床面桩柱冲刷的水沙动力机理,分析极限平衡冲刷深度和范围随水流雷诺数的变化规律以及抗冲刷导流防护措施的效果,利用动床模型水槽试验,再现了桩柱周围局部床面从平整发展到冲刷坑的发育过程,测量了各工况下冲刷坑的形态参数,并利用PIV技术观测粗颗粒泥沙局部悬扬运动。结果表明:桩柱冲刷范围(相对于桩径D)随雷诺数ReD增大呈减小趋势。当雷诺数ReD在4 500~18 000之间变化时,冲刷深度变化范围为2.4D~1.3D,冲刷坑半径变化范围为4.5D~2.5D。砂质床面桩柱冲刷除存在显著的推移质运动外,还存在局部粗泥沙颗粒悬扬,且悬扬输沙的范围和强度随冲刷坑发展而强烈变化。在桩柱后方设置导流板能够有效抑制柱后卡门涡街的生成,桩后冲刷深度最大减小幅度为27.7%,但对柱前冲刷深度的影响不大。     

浐河桃花潭库区冲淤演变的二维数值模拟

橡胶坝是一种低水头轻性薄壳柔体挡水建筑物,结构简单、施工方便且造价低廉,修建橡胶坝拦水造湖可形成景观水面,但立坝运行会造成库区床面的泥沙淤积,因此遵循河床演变规律,合理运行橡胶坝,可保持库区长期可利用库容。采用MIKE软件模拟桃花潭库区10年水沙条件下的河床演变,综合考察桃花潭河段水流流场、床面淤积厚度、河床比降以及纵断面形态的变化。结果表明:桃花潭河段的冲淤平衡年限约为7年,平衡后主河道淤积较为严重;冲淤平衡后河床纵断面在展宽段呈向上凸起的河床形态;基于桃花潭河段的几何特性、来水来沙条件和由宽入窄的壅水作用,进入该河段的含沙水流会因河道突然展宽,水流挟沙力与水流动能减小,导致泥沙更易淤积,造成床面抬升和洪水位的抬高。     

黄河龙口水利枢纽主要技术问题与对策

龙口水利枢纽为万家寨枢纽的配套工程,主要任务是发电和对万家寨电站调峰流量进行反调节。对龙口工程防沙排沙、大坝深层抗滑稳定、泄水建筑物消能防冲和厂房下部结构设计等主要技术问题进行了研究。针对其特殊的地形地质条件和泥沙问题,采用以底孔为主的泄洪排沙型式,在电站坝段布置排沙洞保证电站进口"门前清"。根据大坝深层抗滑稳定需要,泄水建筑物消能采用二级消能方式,并在坝基设置齿槽、预应力锚索加固尾岩和横缝部分灌浆等工程措施,有效解决了大坝深层抗滑稳定问题。     

水库坝前冲刷漏斗形态三维水沙数学模型研究

利用"动刚盖法"处理自由表面边界,结合水库坝前水沙运动规律导出坝前局部床面泥沙边界条件及泄流初期河床滑塌变形的判别条件,通过坐标变换建立坐标系下水库坝前冲刷漏斗形态三维水沙数学模型.分别利用正向和侧向底孔泄流条件下冲刷漏斗水槽试验资料对模型进行验证.模拟结果表明,不同泄流方式下底孔附近三维水流结构、横断面、纵剖面及平面形态特征等均与实测资料基本一致,模型关于自由表面边界、近底泥沙交换条件、河床纵坡、横坡滑塌处理是合理的.