大坝原址重建施工导流风险特性研究

随着中国后水电开发时代的到来,大坝重建工程逐渐增多。大坝重建工程导流系统一般由原工程建筑物和新建导流建筑物联合组成,导流系统的组成和功能的丰富化使导流系统约束和导流风险因素更加复杂,导流风险呈现显著的特异性。本文旨在探索大坝重建工程施工导流风险计算方法及其变化规律。在大坝重建工程导流系统分析的基础上,归纳主要致险因素和致险模式,研究建立上游水位、下泄流量、下游水位等致险模式的数学表达,综合建立大坝重建工程导流多维风险判别式。针对系统中的洪水不确定性,利用Gumbel-Hougaard Copula函数描述洪水峰量联合分布,同时考虑原工程控泄规则和导流泄水建筑物的运用规则,利用Monte-Carlo方法模拟导流度汛过程并计算水力要素,结合风险判别式建立大坝重建工程施工导流多维风险计算模型。定性风险分析说明,建筑物的功能和设计标准差异决定了大坝重建工程导流系统的多种致险模式并不完全相关,导流系统风险呈显著多维分布特征。由于风险特性与导流系统配置有关,针对将原大坝作为上游围堰,占用原工程泄流建筑物出口的典型重建工程导流系统,进行了导流风险计算。定量风险特性分析说明：导流风险存在从下游漫顶致险模式向原坝泄水致险模式的转移点,主导致险模式转移的驱动因素是导流系统的泄流量,转移点对应下游围堰可防范的风险上限。研究成果为大坝重建工程导流风险评价和方案优化提供了重要支撑。     

宽浅导流明渠渠首进口型式试验

以新集水电站施工导流工程为对象,通过物模试验研究了宽浅导流明渠渠首位置的进口型式对明渠泄流能力及明渠内部水流特性的影响.试验结果表明,在不增加(如加筑顺坝)或不改变(如偏转上游纵向围堰)导流建筑物的前提下,明渠渠首底部的河床形状是影响明渠泄流和渠内水流特性的主要因素.试验中提出了两种不同的渠首河床开挖方案,通过对比明渠泄流能力和水流流态、流速、水面线等水力参数,确定选用局部疏挖加深槽的开挖方案,获得了较好的效果.对相似工程具有一定参考价值.     

溃堤洪水在有压雨水管网街区演进的试验研究

溃堤洪水在有压雨水管网街区的演进过程十分复杂，城市街区建筑物及雨水管网改变了洪水的演进规律，影响了街区排涝的水力特性。本文基于典型城市街区建立了包括房屋、人行道及雨水管网在内的概化水槽模型，测量了不同溃堤洪水在典型城市街区演进过程中的街区水深、雨水管网流量及压强，探究了不同蓄水高度、前池进口流量对街区水位波动变化及有压雨水管网下泄流量的影响。溃堤洪水在水槽侧壁、房屋的作用下形成了大面积的水跃，并且在房屋建筑物附近出现了薄层状水片，水跃区域伴随着洪水演进过程先是在人行道处发生横向的迁移合并，再是在街区道路的纵向方向上逐渐耗散直至消失，街区水位在100 s后基本稳定，从上游至下游呈“先增大、再减小”的变化趋势。溃堤洪水在街区演进过程中，不同蓄水高度对有压雨水管网的泄流量影响相较于不同前池进口流量更加显著，街区上游雨水口的峰值流量在最大蓄水高度条件约为最大前池进口流量的1.5倍。研究结合街区水位及有压雨水管网压强采用欧拉数对短管淹没出流公式的泄流系数进行了率定，修正后的理论计算值的误差由32%降低至2%，能够较好地反映出街区雨水口的泄流能力。研究成果不仅能为数学模型提供翔实的验证资料，还可为城市洪涝治理提供理论指导。     

高速明流泄洪洞的通气量分析与研究

对于高速明流泄洪洞的进气量和出口的出气量,通过模型试验,从宏观方面进行了数据分析与研究.研究结果表明:泄洪洞中闸室的进气量并不是随着泄洪洞水体流量的增加而增加,而是与闸门后水流的Fr相关;泄洪洞内由水流的自掺气引起的进气量随着水流的Fr增大而增大;在泄洪洞的出口,当库区水位一定时,随着中闸室闸门的开度的增加,出气量随水流的Fr的增大不断增加,然而当达到某一临界值后开始急剧减小;当闸门全部开启后,随着库区水位的上升,出气量随水流的Fr的增大不断减小;出口断面处水体的掺气浓度随水流Fr的增大而增大.     

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。     

长江中游典型测站1998年洪水位变化特性

采用最小二乘法对螺山站水位流量关系进行了多项式曲线拟合,以形成平均的水位流量关系曲线,在消除水位流量关系绳套曲线的影响后分析比较螺山站同流量下水位变化的原因:由于河道泥沙淤积、滩地开发利用,致使过水断面减小,过水能力降低,流量较小时同流量下水位抬升明显;同时在大流量时由于洪水漫滩,水流阻力增大、泄流不畅,造成比降变缓,因而同流量下水位也有所抬高.建议在确定防洪标准和堤防加高时,应充分考虑大流量时同流量下水位升高这一特点.     

基于优化组合方案的梯级水库泄洪闸门数字化及其应用

水库防洪优化调度不仅能减少洪水灾害,而且还能实现洪水资源化,提高水库的运行效率。但是以往的流域梯级水库的联合防洪调度研究往往只计算水库泄洪流量过程,没有考虑泄洪闸门的具体操作情况。根据闸门运行要求,总结水电站的闸门启闭条件,并制定泄洪闸门数字化表格。闸门数字化表格用来解决闸门泄流的约束问题,数字化表格过程需要计算若干个子单元,每个单元为计算在给定的水位下,由特定的流量范围内的闸门组合组成,每个单元里面有多种不同类型的组合方式,每种组合方式下有多个代表性闸门组合。应用数字化表格可依据水电站的期望下泄流量,采用二分法搜寻闸门组合方案,选取闸门开度离差平方和最小和闸门开度变化个数最少作为目标函数,并对闸门下泄流量与多步骤逐步优化算法计算的流量间的误差进行修正,进行水电站泄流量实时分配,更快速准确地对闸门开度进行调整。结合某流域下游梯级水库洪水优化调度进行了实例计算,考虑闸门运行的防洪优化调度的下泄流量较原电站实际运行的下泄流量均匀,并且通过对相邻两时段闸门开度的比较和优化,减少了电站闸门开启次数,获得的优化调度闸门运行优于实际调度情况,结果表明泄洪闸门数字化表格方法正确。     

基于物理模型试验的堰塞坝冲刷溃决过程研究

我国是堰塞湖灾害最严重的国家之一,堰塞湖对上游淹没区和下游溃决演进区的人民生命财产安全构成巨大危险,深入掌握堰塞坝冲刷溃决过程可为应急泄流道的设计和下游应急避险措施的制定等提供重要科技依据。本文以2018年金沙江白格滑坡堰塞湖事件为研究背景,采用室内物理模型试验的手段对堰塞坝冲刷溃决过程进行了系统研究。试验结果表明：堰塞坝冲刷溃决过程一般可分为四个阶段：过流孕育阶段、溯源侵蚀阶段、溃坝发展阶段以及河床再平衡阶段,当溯源冲刷的陡坎追溯到上游坡顶,泄流槽进口断面在侵蚀作用下突然拓宽,泄流槽将连通形成底坡i>0的斜坡道,进而导致水流流速和流量突然增大,堰塞坝进入溃决快速发展的阶段。试验进一步探究了泄流槽开挖位置、开挖深度和宽度对溃决过程的影响。研究发现：当泄流槽开挖宽度不变,深度增大时,洪峰流量降低、峰现时间延迟、溃决流量过程线更为平坦;当泄流槽开挖深度不变,随宽度增大峰现时间延迟。最后,对泄流槽的优化设计提出了建议：泄流槽位置宜布置在坝顶高程最低的垭口,以减小洪峰流量,缩短溃决历时;开挖泄流槽时应优先考虑加大泄流槽深度,最大限度地降低溃决时的堰塞湖水位。     

“研究生论坛”稿件--新型水力翻板闸堰孔混合泄流能力研究

采用概化模型试验探讨了新型水力翻板闸门的堰孔混合泄流能力,得到了开度、流量、水位的相关关系,提出了一种计算水力翻板闸堰孔混合泄流能力的新方法——修正系数法。试验成果表明,常用的综合流量系数法有较好的精度,其中,多项式拟合最优,线性拟合其次,指数拟合相对较低;修正系数法较常用的综合流量系数法具有更好的精度及实用性。该研究成果为新型水力翻板闸门的设计及应用可提供一定的参考价值。     

2007～2008年度龙、刘水库用于黄河宁蒙河段防凌作用分析

依据龙、刘水库防凌运用40a的资料,2007～2008年度凌汛期兰州站下泄水量虽较多,但仍处于较常见范围之内;该年度流凌、封河初期、稳封期、开河期流量控制符合水库防凌调度基本要求。流凌初封期下泄流量比较理想,稳封期比近9a平均偏大110m3/s左右。开河期控泄力度不足。在头道拐站过流能力较小情况下,兰州站从1月中旬流量缓慢递减率和总量偏小,三湖河口站上下河段槽蓄水增量在2月持续增加,至3月中旬最大,加重了开河期负担。在开河前夕三湖河口站槽蓄水释放强度大,导致凌灾发生。     

大渡河过饱和溶解气体原型观测研究

高坝泄洪会导致水中的总溶解气体（TDG）过饱和,其不利影响会持续较长范围,可能导致下游鱼类患气泡病甚至死亡。随着大量高坝的建成运行,这一生态环境问题更受关注。基于对大渡河水电站A三年的过饱和TDG原型观测数据,分析过饱和TDG生成释放的影响因素及其作用规律,并开展泄水方式优化的分析讨论。结果表明,不同的泄洪建筑物泄洪生成的过饱和TDG差异较为显著,深孔泄洪生成的饱和度水平高于泄洪洞泄洪生成水平;TDG饱和度生成值与泄洪流量成较好的正相关关系,而与下游水位的关系并不显著;初始饱和度的高低影响单位距离TDG饱和度降低值的大小;水深是影响过饱和TDG释放的重要因素,水深越小的河段释放系数越大。基于三年原型观测数据的分析结果,进一步提出水电站A过饱和TDG生成预测模型,并对汛期的大坝泄洪调度提出减缓过饱和TDG影响的优化建议：当流量小于泄洪洞泄洪能力（1384 m3﹒s-1）时,采用泄洪洞泄洪;当流量大于泄洪洞泄洪能力且小于2600 m3﹒s-1时,采用单深孔与泄洪洞联合泄洪,可将生成的TDG饱和度控制在129%以下。多年期的原型观测研究丰富了高坝泄洪过饱和TDG的原型观测成果,为进一步探究过饱和TDG机制和TDG减缓措施提供重要基础数据和技术支撑,对水电开发河流的水生态保护具有一定意义。     

现役大坝泄洪能力风险率的MC分析

在水工水力学模型研究成果基础上,采用MC法对现役大坝泄洪能力风险率做进一步探讨,研究表明:(1)水力的不确定性对大坝防洪安全确实存在影响,但风险值较小;(2)国内绝大多数大中型现役坝的水力风险几近为0,设计偏于保守.由此可见,确定基于风险分析的大坝防洪安全标准和设计洪水标准,并据此来确定大坝坝顶高程,是非常必要的.     

溢流坝坝上水深与输水隧洞引水流量关系分析

分析了后山溢流坝坝上水深与输水隧洞引水流量关系，给出了坝上水深与输水隧洞引水流量计算式。     

适合高坝的坝身旋流式竖井溢洪道设计

针对我国西部地区水电工程开发面临的坝高、流量大、河谷窄等问题,提出了新型的旋流式竖井溢洪道泄洪消能,并通过实验验证,为其结构设计提供了依据.     

浙江滩坑水电站过水围堰模型试验研究

滩坑水电站工程施工导流采用一次围堰断流、隧洞导流的方式,上下游围堰均采用土石过水围堰型式,为进一步掌握施工导流各阶段的水流条件,确保围堰和坝体度汛安全,进行了过水围堰导流模型试验研究.通过模型试验,测试了导流隧洞和过水围堰的泄洪能力,测试了围堰、大坝过水流速、流态和导流隧洞的水流流态,验证了堰体和坝体过流保护措施.根据模型试验成果,进一步优化了围堰结构布置和上游围堰堰面保护措施,为工程导截流设计与施工组织提供了重要的指导作用.     

高坝施工导流洞改建为旋流竖井式泄洪洞的水力特性研究

为了研究旋流式竖井泄洪洞的水力特性,结合某水利枢纽施工导流洞改建为旋流竖井泄洪洞水工模型试验的部分研究成果,通过大量的优化试验研究,分析了竖井涡流消能工况的流态、压力分布、流速分布、消能率等水力特性.试验研究结果表明,这种旋流竖井式泄洪洞消能效率可达88%以上,涡室与竖井的水流流态比较平顺,压力分布合理.所得结论为旋流竖井泄洪洞的设计提供了依据,可为类似工程参考.     

竖井旋流式泄洪洞水力特性试验研究

围绕着流态、泄流能力、压力分布以及各段消能率等水力特性对具有抛物线式引水道的竖井旋流式泄洪洞进行了试验研究,结果表明:流态、泄流能力、压力分布均能满足要求,且总消能率达到90%,具备了作为导流洞改建体型的条件.     

低坝消力戽的水流特性

本文阐述了在低坝中应用消力戽宣泄单宽流量１～５．５ｍ３／ｓ·ｍ时的下游水流流态演变规律及各种流态下的冲刷特性，并探讨了小流量初始泄流对下游河床的影响。得出的结论是：在适宜的水力要素及结构尺寸条件下，随着消力戽下游水位由低向高变化，依次出现与高坝中相同的水流流态。在溢流低坝中采用消力戽消能在技术上是可行的。