某水库岸边溢洪道体型优化试验研究

结合某中低水头水库工程的岸边溢洪道,以水流流态衔接、减小消力池规模为控制指标,采用物理模型试验比较了采用"光滑溢洪道+底流消力池"与"前置掺气坎式阶梯溢洪道+底流消力池"两种消能方案的优劣,对不同布置方案在不同运行工况下的水流流态、入池流速与消能率等水力学指标进行详细对比分析。研究成果表明:采用前置掺气坎式阶梯溢洪道后,消力池长度能缩短57.1%,入池流速减小最大达51.18%,综合消能率大于84%。同时,前置掺气坎式阶梯溢洪道使阶梯泄槽内掺气更充分,继而可减小发生空蚀破坏的可能性。研究成果可为类似工程设计提供一定的参考。     

徐家河水库溢洪道除险加固工程消能防冲效果试验优化研究

通过1：50水力学整体模型,针对孝感徐家河水库溢洪道除险加固初步设计方案进行了相关水力学问题的试验验证,并开展了进一步改善溢洪道消能防冲效果方案的优化试验。研究成果表明：溢洪道的泄流能力和消能防冲效果满足设计要求;为改善一、二级消力池及明渠内的流态,可采取在一级消力池内修建T型墩,在明渠内设置消能墩、加糙墩,在一级消力池尾槛顶部左右两侧增设消能墩和将二级消力池尾槛高度降低等优化措施;修建徐家河大桥使明渠内局部水位升高;根据冲刷试验成果,需对汉渝铁路桥墩后及316国道桥墩予以相应的保护。     

徐家河水库除险加固工程水力学优化模型试验研究

针对湖北省孝感市徐家河水库溢洪道除险加固初步设计方案,通过水力学整体模型,进行了泄流能力、沿程水面线、流速流态及下游河床冲刷等相关水力学问题的试验验证,并开展了进一步改善溢洪道消能防冲效果的方案优化试验。研究成果表明：修建徐家河大桥使明渠内局部水位升高;建议一级消力池、明渠、二级消力池边墙高程适当增加。根据冲刷试验成果,需对汉渝铁路桥墩后及316国道桥墩予以相应的保护。综合考虑结构稳定和施工难度、工程投资等因素,本研究推荐优化方案3。     

某溢洪道掺气方案优化研究

高水头、大流量的泄水建筑物中易发生空蚀破坏,结合西北某水电站溢洪道工程实例,通过单体水工模型试验,开展溢洪道掺气减蚀研究。试验结果表明:各洪水频率条件的溢洪道泄槽流速较大,水流空化数小于0.3,需要设置掺气减蚀设施。通过分析3种不同掺气设施的减蚀效果可知,挑坎式掺气能缓解空蚀,但下游伴有不同程度的溅水;凸型坎掺气能形成稳定的空腔,且下游无溅水发生;坎槽式可使泄槽内形成稳定的空腔和流态,且易施工,为最优掺气设施。在最优掺气设施中,掺气坎至鼻坎前端掺气浓度较高(0.9%～63.1%),掺气效果良好,达到了掺气减蚀目的。研究结果可为该工程后续消能防冲研究及类似工程的掺气减蚀研究提供理论指导与技术支撑。     

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.     

浅论掺气设施的消能作用

掺气减蚀设施不仅能有效地减缓空蚀和磨蚀的发生,而且具有一定的消能作用.结合某水电站溢洪道的模型试验研究,分析了溢洪道掺气减蚀工程措施的消能效果,并首次定量地计算了消能率.试验和计算结果表明,在高水头、大单宽流量溢洪道中每道掺气挑坎的消能水头为2～5 m,随着级数的增加消能水头逐渐增加.试验还表明,在满足掺气要求和水流流态平稳的条件下,尽可能多设置掺气设施不仅不会增加工程量,还可以降低泄槽因高速水流冲刷破坏的风险,而且有利于下游消能防冲设计的优化.     

阶梯式消能工与掺气墩在工程中的联合运用

为使溢洪道具有较好的泄流条件,提高消能效率同时节省投资,提出了阶梯式溢洪道与掺气墩相结合的联合消能方式。以某水库溢洪道改造工程为例,对溢洪道的阶梯尺寸、掺气墩的结构及布置型式进行了探讨,最终泄槽段采用了1 m的阶梯形式与前倾30°的圆柱形掺气墩相结合的联合消能方式。试验结果表明,阶梯式消能工和掺气墩联合运用消能效果优异,水流条件明显改善。     

带掺气槽岸边溢洪道挑流消能工水力特性

采用RNGk-ε双方程紊流模型对掺气槽、差动式挑流鼻坎和预挖坑联合运行的岸边溢洪道水流流场进行研究,模拟了具有大曲率水气交界面的挑射水舌和掺气坎水流,分析讨论泄槽流态、掺气槽底板最大冲击压力和差动式挑坎压力分布,给出了挑射水舌以及预挖坑的水流结构与速度分布特性,并将计算值与实验值进行对比,两者吻合良好。研究结果表明:泄槽中4道掺气槽的设置能有效减免发生空蚀破坏,但对泄槽中水面有一定的影响;高扩散低收缩差动式挑流鼻坎与预挖坑的联合运用消能效果理想。     

宝珠寺水电站中孔利用导流明渠消力池作水垫塘的试验研究

本文根据宝珠寺水电站中孔单体水工模型试验,对布置在右岸导流明渠上的二中孔小挑坎挑流,利用明渠消力池作为永久性水垫塘的消能型式及其水力学问题,进行了探讨。并着重从水流流态、流速、压力、脉动压力等几个方面,研究了水垫塘的受力情况、掺气减蚀措施,提出了适合于该工程中孔的坎槽组合式通气槽体型。     

溢洪道底板空蚀发生位置及抗空蚀措施分析

以肯斯瓦特水利枢纽工程为例,通过水工模型试验,测试其设计水位工况下和泄洪消能标准水位工况下溢洪道泄洪时底板的流速及压力分布,并根据空化理论模型对其底板沿程空化数进行了计算。结果表明:可以通过溢洪道流速特性和底板压力分布来分析过流面的空化空蚀特点;在实际工程中,可采用优化过流面的体形、设置掺气减蚀设施、控制溢流面的不平整度以及使用抗空蚀材料等方法来防止空化和空蚀的发生。     

上郊水库溢洪道进口段的水力学问题

文中以上郊水库除险加固工程中溢洪道进口段设计中的问题为实例,说明溢洪道进口段设计布置中存在的一些水力学问题,若不加以注意会对工程安全造成威胁。尤其对于重要工程,最好用模型试验加以研究确定。     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

文中总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围；对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在效能效果、消力池长度等方面进行比较，分析了这两种方案各自的特点。结果表明，台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段，而且相对于光滑面溢洪道，大大缩短了消力池的长度，降低了投资。     

曲亭水库溢洪道模型试验优化分析

通过物理模型试验对曲亭水库溢洪道消能方式和体型设计的对比分析,提出科学、合理的工程设计方案,对工程实践具有现实指导意义。     

淤地坝坝面过水试验研究

作者提出应用土工膜衬护,直接在淤地坝坝面设置溢洪道的坝面过水技术方案,并以宋家沟试验淤地坝为依托工程,进行了现场大型试验.试验研究了平底式与阶梯式两种过水方案.试验结果表明：同等条件下,平底式方案末端最高流速达10.7m/s,而阶梯式方案则为3.1m/s,说明阶梯式方案具有较好的消能作用;在上述流速下,两种方案的结构整体稳定,说明土工膜的铺设结构形式与固定方法是合适的;从耐磨抗冲刷性能看,土工膜抗碎石的耐磨性尚待进一步研究;从施工难度、土工膜用量和成本等方面比较,平底方案具有较大的优越性.     

淤地坝柔性溢洪道泄流模型试验研究

本文提出了一种新型复合PET材料以及柔性溢洪道布置型式,该材料具有良好的抗水流冲刷及防止土颗粒流失特性。进行了光滑、台阶两种型式柔性溢洪道泄流模型试验,作为对比试验还进行了无防护条件的坝体泄流模型试验。对比分析了光滑及台阶溢洪道的泄洪水流流态、消能率,结果表明柔性台阶溢洪道消能率明显高于光滑溢洪道。泄流前、后溢洪道的变形结果表明,两种溢洪道变形都很小,未发生破坏,结构稳定性良好。综合分析认为,柔性台阶溢洪道更适合工程应用。无防护条件的坝体泄流试验表明,在没有溢洪道保护的条件下,土坝坝体是不具备过水能力的,溢洪道保护坝体的作用明显。研究结果对柔性溢洪道向淤地坝工程推广提供了技术支撑。     

倒V形阶梯与传统阶梯流场特性对比研究

倒V形阶梯溢洪道作为一种新型阶梯溢洪道,具有特殊的流场特性。为探究倒V形阶梯独特的流场特性,在模型试验研究的基础上,采用数值模拟的方法,对比研究了倒V形阶梯与传统形阶梯溢洪道滑行水流流态下的流速矢量分布、压强分布及消能特性。研究结果表明:倒V形阶梯水流结构及压强分布与传统阶梯有较大差异,其分布在溢洪道宽度方向呈现明显的差异,呈现出独特的三维流动特性;倒V形阶梯相较于传统阶梯溢洪道具有更好的消能效果。     

台阶式溢洪道的消能及其应用价值的探讨

作者总结了溢洪道消能率的计算公式、消能率的影响因素、台阶式溢洪道的适用范围;对某水库的台阶式溢洪道和光滑面溢洪道的两个方案在消能效果、消力池长度等方面进行比较,分析了这两种方案各自的特点。结果表明,台阶式溢洪道消能主要集中在台阶段,而且相对于光滑面溢洪道,大大缩短了消力池的长度,降低了投资。     

武乡关河水库溢洪道施工技术

文中介绍了在武乡关河水库除险加固工程中，溢洪道建闸、弧形钢闸门制作安装的施工组织设计及施工技术，为大中型水库溢洪道施工提供了经验。     

某工程阶梯溢洪道试验研究

为了改善溢洪道下游消力池的流态和减轻下游的冲刷,采用物理水工模型试验,对光滑溢洪道及不同高度阶梯溢洪道的水力特性进行了试验研究。研究结果表明,采用阶梯溢洪道之后,能大大提高溢洪道的消能率,减小消力池的入水速度,有利于下游河道及滑坡体的稳定。模型试验成果为工程中溢洪道的优化设计提供科学依据。