台阶式泄槽溢洪道设计方法综述

台阶式溢洪道因其显著的消能、掺气效果而倍受工程界的关注.在许多试验研究的基础上,提出了台阶式泄槽溢洪道泄槽及降低护坦式消力池的水力计算方法.台阶式溢洪道泄槽的设计主要包括泄槽倾斜角度、台阶高度和长度确定、泄槽边墙高度确定、台阶上的压强计算及防空蚀破坏措施的确定3部分.尽管台阶式溢洪道受到世界各国水利界人士的强烈关注,并进行了大量的试验研究,但目前对于台阶式溢洪道的系统计算方法研究尚未看到报道,因此,对台阶式溢洪道系统计算方法的研究具有重要的现实意义.     

L形溢流堰侧槽溢洪道水力设计与试验研究

为给工程提供优化的设计方案,对L形溢流堰侧槽溢洪道进行水力设计及水工模型试验。该文结合某水库除险加固设计中L形堰侧槽溢洪道水工模型试验成果,对L形堰侧槽溢洪道的泄流能力、水面线推求方法进行了计算,并进行对比分析。结果表明,L形溢流堰泄流能力,低水位时计算值较水工模型试验值偏小5%~10%,高水位时与试验结果基本一致;槽首淹没度计算值较模型试验值高18%左右,槽首淹没度为0.7左右时泄流能力与自由出流时的泄流能力相差不大,下游淹没度计算值与试验结果基本一致。水工模型试验与水力设计的对比分析,可为工程提供最佳的设计方案。     

台阶式消能工在新疆米兰河水库的应用

台阶式溢洪道是近几年发展起来的新型消能型式。米兰河水库工程溢洪道经过水力计算与水工模型试验,采用台阶消能,大大减小了陡槽末端的消力池尺寸,减少了工程量,节省了投资。     

某水库台阶式溢洪道优化试验研究

台阶式溢洪道广泛应用于工程中,基于模型试验对某水库溢洪道除险加固工程台阶式溢洪道方案进行研究,试验结果表明,设计方案基本满足溢洪道常遇洪水的泄洪消能要求,但当下泄流量高于消能防冲流量时溢洪道泄槽局部出现不良水力现象,并且消力池长度不足。为此在设计方案的基础上,对溢洪道闸室出口泄槽连接段、泄槽掺气设施及消力池消力墩进行不同方案优化布置。通过模型试验最终选定相对较优方案作为某水库溢洪道除险加固方案,优化后泄槽内水翅现象消除,消力池内流态改善,总消能率有所提高。     

台阶溢洪道无因次消能水头规律与水面线计算

台阶式溢洪道消能水头是重要的水力参数,直接反映了台阶式溢洪道的消能情况。对台阶式溢洪道的消能水头及影响因素进行因次分析,引入相对临界水深、相对位置。通过对5组不同坡度,3个台阶高度,3个单宽流量共45个组合工况下的台阶式溢洪道进行模型试验研究,探讨无因次消能水头与相对临界水深、相对位置、坡度的关系。结果表明:无因次消能水头与相对位置呈现良好的线性关系;直线斜率与坡度呈线性递增关系,与相对临界水深无关。依据这些规律计算台阶式溢洪道沿程水面线,为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供了新方法。     

新疆阿勒泰地区水库溢洪道台阶式泄槽设计与应用

台阶式泄槽溢洪道的显著特点是沿溢流面的消能率大大提高,从而可免除或极大地缩短溢洪道末端所需消能工的尺寸。近几年来,阿勒泰地区将台阶式泄槽溢洪道运用于中小型水库、水闸中,运行工况很好。为此,作为一种优越消能形式,台阶式泄槽消能受到了水利工程行业广泛关注。本文结合阿勒泰地区富蕴县境内的莫勒达拜水库工程,对其溢洪道台阶式泄槽的设计予以研究,为以后相关工程项目的设计提供参考。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

溢洪道阶梯陡槽段水面掺气位置试验与计算探讨

外凸型阶梯式消能工是应用于溢洪道陡槽段上的一种新型的辅助消能工。目前溢洪道陡槽段外凸型阶梯式消能工已在水利工程中得到了应用,但对此类型阶梯式消能工水力特性的研究成果仍较少。本文在5种坡度比和不同阶梯体型(包括阶梯高度、阶梯间距等参数)的阶梯陡槽溢洪道水力模型试验研究的基础上,对溢洪道阶梯陡槽段水力特性进行研究探讨,分析了陡槽段坡度比、阶梯跌坎体型参数等对溢洪道陡槽段泄流流态的影响,并将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流区和掺气水流区两部分,提出了外凸型阶梯陡槽段水面掺气断面位置和水深的计算公式。本文研究成果可为溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算提供参考。     

高海拔地区台阶式溢洪道水力特性研究

为了探究高海拔地区台阶式溢洪道水力特性,对坝顶位于海拔 2 586.0 m,斜坡角度 θ=32° 的某大坝台阶式溢洪道进行了模型试验。通过改变来流流量,研究了 3 种不同工况下溢洪道台阶竖直面及水平面时均压强、水面线、流速、脉动压强等水力特性。结果表明:在 3 种试验工况下,台阶式溢洪道不仅具有较高消能率,而且不会发生空化空蚀破坏;溢洪道竖直面及水平面压力沿程为跳跃式分布;水深及流速在台阶溢洪道上达到某一值后,基本稳定。该结果可为高海拔地区的台阶式溢洪道优化设计提供参考依据。     

溢洪道阶梯陡槽段消能特性试验和计算探讨

在溢洪道的外凸式阶梯陡槽段泄流流态和消能特性模型试验研究的基础上,根据阶梯陡槽段泄流沿程水深的计算公式,计算溢洪道阶梯陡槽段泄流相应的消能率,供工程设计和运行参考.     

溢洪道泄槽水面线特性分析

通过模型试验分析了某水库溢洪道泄槽水面线特性,结果表明:陡坡泄槽水深沿程逐渐减小,第二段泄槽末段水深变化不大;随着流量的增大,泄槽沿程水深差增大;流量较小时,水面线出现规律性的凹凸点;最大水深在泄槽断面中间轴线位置,据此可确定泄槽边墙高度或验证已设计泄槽泄水能力是否满足要求。通过试验时推导的泄槽水面线理论计算公式进行验证,结果表明在与试验条件基本一致的情况下可用于实际工程计算。     

黄山洞水库溢洪道除险改造消能研究

黄山洞水库溢洪道陡槽段为变宽、变坡的梯形断面陡槽,由于其溢洪道泄流能力不足、陡槽段坡面结构老化和开裂、下游河道河床下切和水位下降、消力池消能不充分等原因,需进行除险改造。通过水力模型试验,将原溢流宽顶堰修改为驼峰堰,满足了溢洪道泄流能力要求;陡槽段设置了不连续的外凸型价梯,削减了溢洪道陡槽段泄流能量,降低了陡槽段和下游消力池入池流速,改善了陡槽段流态,妥善解决了溢洪道下游消能防,中问题。本项目成果已付诸工程实施,效果良好。     

台阶式溢洪道非掺气水流水面线的计算

台阶式溢洪道水面线是确定边墙高度的重要参数,目前尚无系统的研究成果.根据明渠非均匀渐变流理论,分析了台阶段水面线的计算方法;模型试验表明,用非均匀渐变流理论计算台阶式溢洪道非掺气水流水面线时,必须考虑局部水头损失的影响.经对比分析,台阶上的局部阻力系数ζ=0.5时计算水深和实测水深吻合良好.溢流反弧段水面线可以用动量方程给出的公式计算.同时,对于坡度为30°,51.3°和60°的WES曲线段,也通过模型试验给出了水面线的计算式.对比分析认为,本文给出的台阶式溢洪道非掺气水流全程水面线的计算方法简单,精度高.     

某水库溢洪道除险加固工程方案比选试验研究

某水库溢洪道在泄洪过程中出现险情,需进行除险加固处理。基于模型试验,研究水库溢洪道除险加固方案中增大溢洪道泄槽底坡除险加固方案和台阶式溢洪道除险加固方案,对方案中水流流态、消能率等水力特性进行分析。试验结果表明,采用台阶式溢洪道满足溢洪道泄洪能力要求,大大提高了消能率,并且改善了溢洪道内水流流态,最终选定台阶式溢洪道消能方案作为水库溢洪道除险加固方案     

不同体形台阶式溢洪道消能水力特性的三维数值模拟研究

基于计算流体力学软件Fluent,采用标准k-ε紊流模型对水底山枢纽工程的碾压混凝土重力坝消能过程进行模拟,提出了适用于台阶式溢洪道消能计算的三维数值模拟方法。将数值模拟与物理模型试验结果进行对比验证,证明了数值计算方法的合理性。针对原方案中存在不良水力条件的位置进行体形优化调整,研究不同体形台阶式溢洪道对泄流过程水力特性的影响。对台阶进行优化布置以及增设渐变段,优化方案模拟结果表明在保证泄流要求的同时提高了消能率,避免了不良水力条件的发生。     

台阶式溢洪道相对比能影响因素研究

本文通过将水力计算理论已成熟的光滑溢洪道断面比能,与台阶式溢洪道对应断面比能进行比较,引入相对比能概念。分析结果表明:台阶溢洪道相对比能水力规律显著优于台阶溢洪道断面比能;台阶溢洪道断面比能随流程长度先增加后平稳,而相对比能随流程长度呈线性递增。文章同时指出了台阶溢洪道相对比能的影响因素,对水头损失进行了分析,为进一步深入研究台阶溢洪道水力特性提供了理论依据。     

台阶式溢洪道水流比能与剩余能量关系研究

水流比能是一个非常重要的水力参数,引入剩余能量,分析得出台阶溢洪道水流比能与剩余能量的关系,结合斯木塔斯水电站台阶式溢洪道模型试验,研究了台阶溢洪道水流比能在不同单宽流量、台阶高度条件下的沿程变化规律。试验结果表明:在满足滑行水流的条件下,台阶式溢洪道水流比能沿程先增大后稳定,该稳定值等于溢洪道出口的剩余能量;剩余能量随单宽流量的增大而增大,随台阶高度的增加而减小。同时给出坡比为11.25的台阶溢洪道剩余能量和消能率的计算式。     

吉尔格勒德侧槽溢洪洞消能防冲试验研究

依照重力相似准则对新疆吉尔格勒德侧槽溢洪洞进行水工模型试验,验证了设计方案的合理性。通过观测侧槽溢洪洞的水力参数,对进口的侧槽、消力池以及出口体型进行优化,在台阶起始处增设掺气挑坎,解决了原设计存在的问题,提供了合理的体型。通过对台阶式溢洪道消能率的计算发现台阶溢洪道消能效果明显。     

开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性及优化布置研究

开敞式宽大单泄槽溢洪道与一般溢洪道相比易发生水流流态复杂、掺气效果差等工程安全问题。以马来西亚Baleh水电工程为例,采用VOF法与RNG k-ε双方程紊流模型对溢洪道流场进行三维数值模拟。计算分析了不同工况下溢洪道流态、流速、沿程压强等水力特性的分布规律。同时开展1∶50物理模型试验,对比分析数值模拟结果与模型试验结果发现,两者基本一致,验证了开敞式宽大单泄槽溢洪道水力特性数值模拟的准确性与可行性。进而利用紊流模型计算分析了溢洪道掺气坎的优化布置方案,结果表明：1#掺气坎抬高20 cm后,坎后掺气空腔长度由11.03 m增大至19.84 m,消能率提高了6.11%;3#掺气坎沿泄槽陡坡上移15 m后,挑流水舌冲击位置上移,减轻了对挑流鼻坎段水流流态的影响。研究结果对同类工程的优化设计有一定的借鉴作用。     

溢洪道阶梯陡槽段水深试验与计算探讨

在坡度i=1∶2-1∶6的的陡槽溢洪道外凸式阶梯消能工水力模型试验基础上,对不同阶梯体型的陡槽段水力特性进行研究探讨。根据阶梯陡槽段泄流特性,将阶梯陡槽段泄流分为光滑水流和掺气水流两区段,并将掺气水流区段又分为不均匀流段、准均匀流段、末级阶梯至陡槽末端不均匀流段等三个流段。该文提出了阶梯陡槽段各区段和流段水深的计算公式,其研究成果可供溢洪道阶梯陡槽段沿程水面线和消能计算参考。