泄洪雾化源区降雨强度分布特性试验研究

高坝工程泄洪雾化引发的强降雨及雾流对水利工程和周围环境均产生较大影响。以往研究主要针对下游岸坡泄洪雾化雨强开展工作,少见对雾化源区域的研究。通过概化模型试验,在不同水力条件下对挑流水舌落入下游水体产生的雾化源区域的降雨强度进行系统测量和分析,针对泄洪雾化雾源区雨强的平面分布特征进行了研究,确定了落水点周围不同区域雾化源的形成原因和降雨强度平面分布规律,并对水舌落水区的区域范围和雨强分布特征随流量和水头差的变化情况进行了探索。     

构皮滩工程泄洪雾化降雨强度及雾流范围研究

构皮滩工程泄洪流量和泄洪落差巨大,泄洪水舌入水激溅产生的强降雨及雾流对工程的安全以及电站的正常运行将产生一定的影响。通过物理模型试验研究和经验公式计算的方法,对构皮滩工程大坝泄洪雾化现象进行了较为深入的研究,分析了该工程泄洪雾化降雨强度分布特性,对降雨强度及雾流影响范围进行了预测。同时通过与相似工程类比,分析了构皮滩工程雾化降雨局部雨强大,雨强变化快以及两岸雨强分布不对称的特点。物理模型研究成果与经验公式计算和工程类比成果基本一致。     

泄洪雾化研究进展综述

高坝工程泄洪形成的泄洪雾化现象对水利枢纽的正常运行、交通安全、周围环境甚至下游岸坡稳定均可能造成危害。通过全面细致的文献调研,对我国泄洪雾化相关的研究进展进行了归纳总结,梳理了对泄洪雾化危害的认识过程,总结了对泄洪雾化形成过程的逐步了解,对比了不同模型试验和数值分析的研究成果。在对当前研究现状的认识基础上,指出今后泄洪雾化相关研究工作的开展应该注重测量技术的改进,以获得更详尽的原型和模型观测资料。此外,对泄洪雾化雾源特性的研究是今后研究的一个重要方向。     

简讯

长江科学院水力学研究所新获两项实用新型发明专利2013年4月和6月,由长江科学院水力学研究所发明的"一种泄洪雾化雾源测量装置"和"一种研究泄洪雾化雾源分布规律的装置"技术先后获得中华人民共和国知识产权局颁发的实用新型专利证书。该发明为水利部公益性行业科研专项——"高坝泄洪雾化工程安全及环境影响评价与对策"项目课题研究成果,该     

对隔河岩工程泄洪雾化的认识与防护

国内新安江、柘溪等水利枢纽均存在由于泄流雾化而造成对于工程及发电的危害。泄流雾化属于水气二相流动,即自溢流坝或深孔下泄的高速水流,经鼻坎挑流作用而使水舌抛向空中并射入下游水垫。在此过程中,由于水气混掺;水舌入水喷溅,以及水舌在空中碰撞,形成之水滴、水汽,造成了雾化。对此目前尚无成熟的理论计算方法。二滩工程采用模型试验及原型观测手段对雾化进行研究,并在此基础上定出雾化分区标准,给出相应分布范围及确定防护措施。清江隔河岩工程系用表孔及深孔泄洪,预计泄洪时将会产生不同程度的雾化问题。由于泄洪期为每年5～10月,故不致因雾化引起输电线路挂冰现象。因坝址上游为峡谷,下游地形则相对开阔,易产生峡谷风,使雾向开阔处扩散,可能影响电站运行。经试验表明,如能尽量避免表、深孔联合运用,可减轻雾化程度。根据已建工程的雾化资料,隔河岩工程提出采用全封闭式开关站;加固开挖边坡及设排水沟等防护措施。     

基于水气两相流的泄洪雾化机理及规律研究

泄洪雾化是水利工程中常见的水气掺混现象,通常伴随着强风和强降雨,研究其形成机理与变化规律对保障设备、环境和人员的安全具有重要意义。基于水气两相流理论并采用有限单元法模拟了水布垭溢洪道的泄洪过程,从而分析了雾化的形成机理和时空变化规律,讨论了下泄流速和下泄流量对雾化的影响。结果表明:所采用的模型和算法能较好地模拟泄洪雾化过程;下泄水流经溢洪道相对负压区掺气形成高掺气水流,继而在水舌落水点附近受压力梯度驱动释放气体,该过程中产生的水雾和风动是泄洪雾化形成的重要原因。根据风速和雨强等参量的时空变化规律,泄洪雾化在时间上可分为起泄、波动、过渡和稳定四个阶段,在空间上可分为负压影响区、暴雨区、溅雨区、雾流降雨区、薄雾区和无影响区六个区域。随着下泄流速和下泄流量的增加,风速和水雾浓度递增,流体压强先减后增,可为比较不同泄洪工况下的雾化情况提供参考。     

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80～700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120～140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0～20 mm/h,已属自然降雨范畴。     

玛尔挡水电站泄洪雾化数学模型研究

玛尔挡水电站地处高山峡谷地区、两岸岩体地质情况较差,挑流泄洪雾化可能对两岸边坡及交通安全产生不利影响。为准确预测泄洪雾化水流的影响范围和程度,结合蒙特卡罗方法考虑环境风和地形因素的随机喷溅数学模型,对玛尔挡水电站在水舌风和汛期最不利自然风两种情况下3个典型工况的雾化情况进行了计算和分析。研究结果表明:泄洪雾雨主要沿边坡竖向爬升,只考虑水舌风时,下游雾化降雨范围最远到达坝下1 021 m,横向左扩散至3 190 m高程,横向右扩散至3 160 m高程。水舌风和自然风共同作用时,各泄洪组次雾化范围沿自然风向偏移,左右岸影响范围收窄。根据暴雨分布范围,建议适当增加下游两岸边坡的防护长度和高程。雾化降雨对省道S101没有影响,但左岸导流洞出口导墙段区域和右岸进厂交通洞口位于薄雾降雨区,泄洪时应禁止通行。     

基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

丰满水电站重建工程挑流消能方案泄洪雾化研究

针对丰满水电站重建工程中的挑流消能方案,采用随机溅水数学模型,进行了泄洪雾化降雨数值模拟,将水舌入水喷溅源进行空间离散,描述水舌入水形态对下游雾化降雨的影响,同时考虑飞行水滴与空气间的相对速度,分析了各种泄洪运行方式与自然风场对雾化降雨分布的影响。研究表明:丰满水电站重建工程采用的分区挑流泄洪方案可将雾化区域控制在河道水面范围内,雾化降雨对左岸三期电站、右侧坝后电站、以及右岸生产、生活区的影响有限。在10 m/s以上横向风场作用下,左岸三期电站尾水平台出现5 mm/h左右的降雨,对此可通过增设地面排水设施加以解决。对于泄洪运行调度,建议优先开启中区4~#—6~#溢流表孔,然后是右区7~#—9~#溢流表孔,最后是左区1~#—3~#表孔,这可进一步减轻雾化对两岸建筑物及边坡稳定产生的不利影响。     

宝珠寺水电站泄洪雾化原型观测

宝珠寺水电站雾化原型观测结果表明:右底孔单独泄洪时,水舌溅水很大部分落在左岸,最大降雨强度约为360mm/h,左、右底孔同时泄洪时,左岸最大雨强在1950mm/h以上;在常遇洪水下,左、右底孔同时泄洪时,泄洪雾化将造成防雾廊道右侧的498·7m平台的严重冲刷,对该部位必须用混凝土衬砌保护;宝珠寺坝顶及坝后开关站一般不会受到泄洪雾化的影响,水电站下游河谷开阔,泄洪水雾飘散范围宽,容易散开。不过,电厂出线距离泄洪雾化影响区很近,如果泄洪时间较长,则泄洪雾化可能会对输电安全造成影响。     

挑流泄洪雾化机理与分区研究综述

文章根据已有雾化方面的资料,对雾化机理和分区研究进行总结归纳,指出主要雾化源是水舌落水附近的喷溅,雾化影响区大致分为强降雨区、雾流降雨区以及淡雾水汽飘散区.     

基于CFD的挑流泄洪雾化特性研究

针对泄洪雾化影响范围不易采用数学模型直接模拟的问题,以某高坝电站泄洪为研究对象,先采用三维数学模型计算挑流水舌入水流速、入水角度等水力特征值,再基于此特征值选用原型观测校正后的计算公式预报泄洪雾化范围,并通过物理模型试验对计算结果进行验证分析。结果表明,受比尺效应影响,物理模型试验预测的雾化影响范围小于公式计算的范围,但两者的变化趋势一致;雾流受惯性力和水舌风作用,沿水舌轴线做爬坡运动,与原型观测现象一致;受出口挑流影响,泄洪雾化影响集中在水舌落入点的下游,而水垫塘上游、右岸降雨强度较小,影响范围有限。     

高拱坝枢纽工程泄洪调度方式对雾化的影响分析

结合已建典型高拱坝枢纽工程泄洪雾化原型观测、数值模拟及物理模型试验成果,分析高拱坝枢纽部分孔口开启泄洪的雾化规律,探讨通过泄洪调度方式减轻泄洪雾化所带来危害的途径,保证电站枢纽安全有效运行。结果表明,坝身表、深(中)孔泄洪时雾雨区分布与下游水舌入水流速、水舌入水面积以及入水角度密切相关,其中入水流速对深(中)孔泄洪雾雨区分布的影响更加明显。当库水位和泄洪量一定时,泄洪洞运行雾化雨强及其影响范围最小,且雾化影响区集中在远离坝体的下游河段,而深(中)孔单独运行雾化雨强及其纵向影响范围明显大于表孔和泄洪洞单独运行工况,雾雨区垂向范围受泄洪调度方式影响较小。     

某电站泄洪雾流降雨数值计算研究

对于待建工程,一般采用模型试验和数值计算来模拟雾化水流的影响范围和程度。根据某电站工程具体情况,建立高水头、大泄量泄洪雾化计算模型,对其泄洪建筑物的各种运行工况下的雾化影响范围和降雨强度进行计算,研究分析泄洪雾化的影响。研究结果表明：雾化降雨大暴雨区主要位于下游水垫塘范围内,电厂及其尾水渠均处于暴雨区(降雨强度S≥10mm/h)之外,部分工况下电厂左安装间和电厂尾水渠左侧位于毛毛雨区(10mm/h>S≥0.5mm/h),电厂厂房和尾水渠边坡受雾化降雨的影响较小。     

中国高坝枢纽泄洪雾化研究进展与前沿

高坝枢纽泄洪安全防护是水利工程领域的重要课题之一。具有高水头、大流量、窄河谷特征的中国高坝枢纽,泄洪伴生的雾化问题非常突出。面向中国水电工程向高海拔低气压地区发展的现实需求,复杂环境下的泄洪雾化机理、以及高精度的遥测预测方法和科学化的危害防治技术急需突破。文章基于国内外相关研究成果和工程实践应用,构建了中国高坝枢纽雾雨场源及防护体系;凝炼了当前高坝枢纽泄洪雾化的发展成果和技术瓶颈;全面阐释了关键科学技术问题的突破方法。研究成果以推进泄洪雾化研究从经验走向科学,为重大水利水电工程设计及其长期安全运行提供理论和技术支撑。     

大型水利枢纽泄洪雾化原型观测研究

大型水利枢纽,尤其采用挑流消能工的高坝工程,在泄洪时产生的雾化降雨强度远超自然降雨,由此对枢纽正常运行、泄洪区交通安全、周围环境等均构成危害。对金沙江下游溪洛渡水电站大坝深孔泄洪时雾化影响范围、降雨强度分布、气象特性等进行了重点观测研究。结果表明:溪洛渡水电站深孔泄洪雾化降雨强度分布呈现局部降雨强度大、降雨强度沿纵向及岸坡方向递减速度快的特点;观测工况下最大降雨强度达4 704 mm/h;观测时段自然风速未超过3.5 m/s条件下,泄洪区最大风速达16.3 m/s;自然气压为0 kPa、空气湿度为85%左右时,最大气压约为96 kPa,空气湿度为100%。观测成果一方面可对溪洛渡水电站岸坡防护设计进行验证,并为以后类似工程的岸坡防护设计提供参考,另一方面可为其他研究手段的完善提供丰富详实数据,具有重要价值。