长距离分洪隧洞输水模型试验相似性研究

针对长距离输水隧洞小比尺物理模型难以满足阻力相似的问题,依托陕西省某县城分洪隧洞工程,通过对进口闸室段过流能力及隧洞段输水能力进行分别验证,实现了在小比尺物理模型上进行隧洞过流能力的试验研究。基于隧洞段内可以形成均匀流的特点,采用明渠均匀流计算方法对模型实测结果进行了计算验证。结果表明：计算流量与模型实测流量的最小差值为11.71 m³/s,最小相对误差为1.93%;基于进口闸室段距离短、局部水头损失远大于沿程水头损失的特点,控制隧洞桩号0＋099.25 m处水深为隧洞正常水深,可直接验证其过流能力,进口闸室段过流量与实测过流量最大误差不超过1.78%;在30年一遇洪水时,推荐方案闸室和隧洞的过流能力相匹配且与模型实测值基本一致,隧洞的分洪流量达到863 m³/s,较设计分洪流量800 m³/s超泄了63 m³/s,超泄流量占设计过流量的7.88%,完全满足设计要求。     

渗流作用下岸坡泥沙起动流速研究

渗流和冲刷作用是河流岸坡发生崩岸的重要因素。基于概率论与泥沙运动基本原理,引入起动概率及相对暴露度,采用滑动起动模型,推导了渗流作用下岸坡泥沙起动流速的统一公式,弥补了已有研究成果缺乏对泥沙起动概率和渗流力考虑的不足。在简化的起动边界条件下,所得公式可以简化为顺直岸坡、正负坡以及平坡等条件下的起动流速公式。经过有渗流力及无渗流力两种起动条件下的实测资料验证,表明所得公式计算结果与实测数据符合良好。相关结果有助于深入理解泥沙起动及河道岸坡崩岸机理。     

考虑起动概率的岸坡均匀沙起动流速公式

基于泥沙颗粒相对暴露度及起动概率对泥沙起动的影响,引入附加质量力,采用滑动起动模型,从理论上直接推导出了适用于河流岸坡不同起动概率的散粒体泥沙统一起动流速公式,完善了现有公式较少考虑起动概率的不足。经弯道与顺直岸坡、正负坡及平坡等不同岸坡条件下实测资料验证,公式计算结果与实测数据符合较好。     

水电站长引水渠道水力瞬变过程计算研究

运用水电站长渠道引水水力瞬变过程计算方程,分析计算了白龙江横丹水电站长引水渠道各种工况下的运行情况。在计算正常运行工况的基础上,重点研究了在机组增、甩负荷时,瞬变运行状况下的非恒定流运动。对工程是否采用溢流侧堰,进行了对比计算,得到了最危险工况下的前池最高及最低水位,建议工程采用降低引水渠底高程0.5m,取消侧堰工程的方案。     

均匀推移质泥沙起动概率量化分析

采用泥沙滚动起动模式,考虑了床面泥沙暴露度及近底水流的随机性,从理论上推导出了推移质泥沙的起动概率公式。此起动概率是床面泥沙颗粒暴露度(或暴露角θ)和近底瞬时流速的函数,其大小随着泥沙暴露度和近底瞬时流速的变化而变化,这与以往学者得到的泥沙起动概率存在较大区别。经与实测资料对比,验证了本文所求的起动概率的正确性。依据冲刷率与起动概率之间关系,将本文所求起动概率转化为无量纲冲刷率,进一步通过实测资料验证了所求起动概率的合理性。     

溃坝洪水模拟中泥沙因素的影响

鉴于在溃坝洪水模拟中较少考虑泥沙因素的影响,采用欧拉模型即双流体模型模拟了溃坝洪水中的悬移质泥沙颗粒,通过对比来流为清水、含悬移质泥沙的水沙流两种情况下壁面剪切力,证实了悬移质泥沙可增强水流剪切作用、加速溃坝过程,并分析了淹没区障碍物对悬移质泥沙的影响,给出了溃口发展过程和下游河道泥沙淤积状况。所有模拟结果均符合实际溃坝规律,可为溃坝洪水精确模拟和灾害性分析提供参考。     

甘肃文县横丹水电站引水防沙试验研究

低水头水电站库小沙多,泥沙问题严重,引水防沙是该类电站需要解决的关键技术。以横丹水电站为例,通过模型试验,对原方案引水防沙设施存在的问题进行了观测分析,并经多方案试验比较,对水电站取水口拦排沙设施进行了优化完善。经优化后,电站在正常引水防沙和泄空冲刷运行的试验表明:采取合理、有效的工程设施,取水工程可以达到良好的引水防沙效果,完全满足工程规划设计要求。此外,通过对水电站的运行方式和排沙效果进行分析,得到了水库最优冲刷流量。其工程经验可供同类工程参考。     

虹吸井和排水口泄流三维数值模拟及堰型优化

采用k-ε湍流模型封闭Reynods方程及VOF法追踪自由水面,对南迪普火电厂虹吸井和排水口的排水过程进行了三维数值模拟,其结果与模型试验结果吻合良好,表明三维数学模型用于虹吸井和排水口泄流模拟是可行的。在此基础上,针对原设计方案虹吸井溢流堰泄流偏于一侧、流速分布不均匀等缺点,分析了迷宫堰取代原方案折型堰后的流态,经三维数值模拟验证,迷宫堰堰上过流量及堰后流速分布基本均匀对称,是一种较为理想的堰型。     

五圆弧平底蛋形断面隧洞临界水深的简易算法

五圆弧平底蛋形断面隧洞具有结构相对简单、断面形状尺寸容易控制和易于施工的特点,是工程中较常采用的水工隧洞断面形式之一,但其断面临界水深计算公式复杂,且为分段的超越方程,在求解过程中计算繁琐,无法直接给出解析解。为此,本文计算了五圆弧平底蛋形断面的水力要素,得到3种典型断面的过水断面面积和水面宽度计算公式,并对临界水深的基本计算公式进行简单的数学变换,对无量纲临界水深和无量纲参数的关系进行研究分析,利用优化拟合理论,在工程适用的范围内推导了3种典型五圆弧平底蛋形断面临界水深的直接简易计算公式,并进行了精度分析。结果表明:公式计算误差绝对值的最大值小于0.24%,且大部分区域相对误差在0.1%内正负波动,完全满足实际工程的精度需求。     

任意坡面上均匀沙起动概率及起动流速的计算公式

基于概率统计理论,引入泥沙颗粒组成及相对暴露度产生的附加质量力,得到了任意坡面上泥沙起动概率的计算公式;并将其引入到泥沙起动研究中,从理论上推导出了任意坡面上近底作用流速及垂线平均流速公式;此外,公式还可以进一步简化为弯道岸坡、顺直岸坡、正负坡以及平坡条件下的泥沙起动流速公式。通过任意坡、弯道岸坡等条件下的实测资料验证,本文公式计算值与实测数据符合较好,可应用于任意条件下泥沙起动流速的计算。