大石峡水电站进水口叠梁门分层取水试验研究

为分析电站进水口采用叠梁门型式分层取水方案的可行性,本文通过1：21.05的水工模型对大石峡水电站叠梁门分层取水进水口水力特性进行了系统研究。主要研究内容包括对不同叠梁门高度取水时,进水口的水流流态、叠梁门体的压力分布、叠梁门顶及竖向流道的流速分布、进水口段总的水头损失系数等。试验结果表明：电站进水口设置叠粱门后,叠梁门顶水头大于18.0 m时不产生有害吸气旋涡,门体压力分布接近静水压力分布;进水口段的水头损失在1.17~1.30 m之间;靠近叠梁门门顶部位的水流流速较大,表层水流流速较小;叠梁门后不同高程竖向流道的水流流速接近于梯形分布,主流偏于进水塔靠下游挡墙侧。在进水口设置叠梁门进行分层取水方案是可行的。     

典型工程叠梁门分层取水方案优化分析

水库下泄低温水将影响库区下游水生生态系统,而采用叠梁门分层取水则是解决电站引起的下泄水温问题的有效手段。依托实际工程,本研究建立了三维水温-水动力数学模型,对进水口水力特性与下泄水温进行了数值模拟,分别论证了不同取水高程条件下叠梁门分层取水运行的可行性及下游取水水温规律,分析了分层取水对下游灌区作物的影响。结果表明：叠梁门取水高程是影响分层取水效果的关键因素,而取水高程的确定又与进水口水动力特性密不可分,相比于叠梁门门顶水头,中小型工程进水口结构体型对分层取水进水口系统水动力特性影响更甚;增大叠梁门与门库前置墙间距是改善进水口水力特性的有效措施之一;结合叠梁门分层取水水力特性及取水效果,提出了叠梁门运行方式。     

两河口水电站叠梁门分层取水进水口水力特性研究

本文以两河口水电站分层取水口为例,通过水工模型试验,对叠梁门进水口水力特性进行研究。试验结果表明,当叠梁门顶水深超过20 m时,进水室内可保持良好的水流流态,且无有害漩涡出现,进水口的水头损失系数在0.56~0.65之间,其变化与叠梁门的总高度呈正比关系,叠梁门顶部的流速垂线分布均呈下大上小的形态,另外,在运行机组左右两侧相邻2个及以上机组段同时放置叠梁门可保证下泄水流均为库区叠梁门高程以上水体。     

分层取水式电站进水口水力特性数值模拟研究

为了研究水电站分层取水式进水口的水力特性,以亭子口水电站工程为例,建立分层取水式进水口三维数学模型,采用六面体结构化网格,精细模拟了叠梁门分层取水式电站进水口的固壁边界,对流速分布、水头损失等水力特性进行了研究。计算结果与物理模型试验结果吻合较好。依据研究结果,可优化进水口体型参数,对保证电站安全高效运行具有重要意义。     

金沙江乌东德水电站分层取水进水口设计

乌东德水电站水库水温季节性分层明显,3~6月下游鱼类产卵期单层取水下泄水温较坝址现状水温降低0.6~2.0℃。叠梁门分层取水涉及布置、水力特性及下泄水温改善效果等技术难题。通过开展叠梁门式进水口水力学物理模型试验,从叠梁门式进水口结构布置设计、叠梁门及其启闭设备设计、叠梁门调度运行方案、叠梁门式进水口水力学物理模型试验、叠梁门分层取水效果等方面详细介绍了设计和研究过程。研究结果显示,采用叠梁门分层取水措施后,下泄水温较单层取水时有一定程度的提高,可为国内同类水电站分层取水设计提供借鉴。     

大型水电站叠梁门进水口拦污栅流速分布特性分析

为研究拦污栅流速指标的结构影响因素,完善相关的设计方法,依据现有工程叠梁门进水口的基本布置体型与运行条件,通过建立数学模型模拟取水结构复杂流态,在物理模型试验验证的基础上,对叠梁门运行引起的拦污栅流速分布及其变化规律进行了研究。结果表明:(1)拦污栅流速峰值位于1.05~1.15倍叠梁门高度范围内,随着叠梁门门顶水头与叠梁门—拦污栅间距的减小,拦污栅流速峰值超过1 m/s;(2)拦污栅流速分布系数峰值位于0.9~1.0倍叠梁门高度范围内,随着叠梁门—拦污栅间距的减小以及拦污栅分节高度的增大,分布系数峰值超过1.5;(3)为控制拦污栅流速,叠梁门最小门顶水头应为叠梁门—拦污栅间距的负指数幂函数,为控制拦污栅流速分布系数,拦污栅的最大分节高度应为叠梁门—拦污栅间距的正指数幂函数,幂函数的系数取值与叠梁门进水口拦污栅流速的设计指标有关。研究所得结论可为叠梁门进水口拦污栅的设计提供参考。     

糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水研究

对糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水的水力特性、流激振动、下泄水温等进行了数值分析、模型试验研究,论证了糯扎渡水电站进水口采用叠梁门分层取水是合适的,且叠梁门分层取水能有效提高下泄水体水温,是促进水电开发与水生生态环境和谐发展的有效措施之一。     

分层取水结构型式对取水水温影响的试验研究

本文采用水温分层物理模型,针对传统叠梁门、叠梁门+水平帷幕、进水口前置帷幕三种结构的分层取水特性进行了对比试验研究,研究了分层取水结构型式对取水水温的影响,并分析了出现差异的原因。研究结果表明,取水结构上游拖曳层的厚度、垂向位置、水温及流速分布,是影响分层取水效果的重要因素:传统的叠梁门由于受门顶以下拖曳层的影响,底部冷水进入,取水效果相对较低;通过在门顶设置水平帷幕,阻挡下部低温水爬升,有助于提高取水效率;通过在进水口上游库区设置隔水帷幕,该取水断面表层温水拖曳流速增大,底层冷水拖曳流速减小,使取水效果得到进一步提升。上述试验结果为分层取水建筑物结构布置的优化改进提供了新的努力方向。     

丰满水电站重建工程叠梁门分层取水进水口取水效果研究

为研究丰满水电站重建工程分层取水进水口的取水效果,开展了水温物理模型试验与三维数值模拟计算分析。研究结果表明,采用叠梁门分层取水进水口不能取得预期效果;一方面,旧坝距新坝仅120 m,未拆除部分形成前置挡墙,对新旧坝之间的水温分布产生了影响,表底层水温温差大幅减小,从而抑制了叠梁门的运行效果;另一方面,由于新旧坝间距120 m,水电站运行时对旧坝缺口处的热通量影响甚微,旧坝的存在形成了前置挡墙,实际上已经起到了叠梁门的作用。基于上述结果,建议采用常规进水口布置方式替代叠梁门分层取水进水口布置方案。研究所得结果为工程设计优化提供了依据。     

大型分层取水电站进口水力学研究进展

电站分层取水是近年学术研究和工程实施热点,目前大型分层取水电站多采用叠梁门方式。基于此,介绍了国内外分层取水电站进水口研究现状,并对今后研究方向提出建议:①鉴于叠梁门分层取水方式显著增加进口段水头损失(1～2 m),应探索减小水头损失的叠梁门布置与体型;②考虑到水库温度分层对水流黏滞性影响较大,应开发完善包含水流黏滞性变量的数值模型,从而使进口流场流速模拟和下泄水温预测精度更高;③随着大型分层取水电站不断兴建并投入运用,建议逐步开展相应的原型观测研究,以便后续工程参考借鉴。     

热带地区水库水温分层特性研究

为探讨热带地区水库水温分层特征,采用垂向一维水温数学模型对海南省南渡江干流某拟建大型水库开展了水库垂向热分层结构和下泄水温过程研究,并探讨了叠梁门分层取水措施对低温水的改善效果。研究结果表明:①受水库湖泊特性和气候特征影响,海南热带地区水库水温总体也呈现随季节变化的分层结构,在冬季水温趋于同温,夏季水温分层逐渐加强且显著,年内垂向最大温差可达11.8℃,由于海南主汛期为9～10月,汛后水库蓄热能力明显减弱。②水库下泄水温呈现低温水明显、高温水较弱的规律,最大降幅9.7℃,最大升幅仅为1.0℃。③叠梁门分层取水措施的运用,加强了水库垂向分层状态,对低温水的改善效果显著,最大低温水影响降低为2.3℃。     

来流变化条件下溪洛渡水库生态调度期水温分层特性研究

为探明来流变化条件下溪洛渡水库生态调度时的水温垂向分布特性,运用水温现场监测和CE-QUAL-W2模型对水温进行数值模拟的研究方法,基于实测地形和水文等数据建立溪洛渡库区的立面二维水温模型,模拟了水库在2021年1月15日—4月30日的水温动态变化过程,重点分析了生态调度期(3—4月)库区的立面二维水温分布规律及不同泄水口高程对下泄水水温的影响。结果表明：溪洛渡水库坝前水温于3月中旬开始出现温差,3月下旬表底最大垂向温差为2.02℃,垂向温度梯度在0.10℃/m以内。4月上旬、下旬水库表底最大垂向温差分别为2.41和2.81℃,垂向温度梯度在0.15℃/m以内。通过比较无叠梁门、1层叠梁门两种泄水运行工况得出,当设置1层叠梁门稳定运行时水库的平均下泄水水温提高了0.13℃。本研究可为溪洛渡水库后续的水温生态调度试验提供科学依据。     

丰满重建工程分层取水水温数值模拟研究

统计资料表明,通过设置分层取水设施,控制取水区域,能够有效提高下泄水温。文中通过建立三维水温数学模型,分别针对丰水年、平水年及枯水年典型月份水温垂向分布,进一步研究叠梁门分层取水进水口的取水水温与取水高程之间的关系,论证分层取水的效果。     

糯扎渡水电站水库坝前垂向水温预测与实测数据对比分析

糯扎渡水电站水库总库容237.03亿m~3,蓄水后形成澜沧江流域最大水库,使上下游水体水温较天然河道发生改变。根据环评批复要求,糯扎渡水电在建设期通过电站进水口分层取水研究,预测了水库水温结构和分布,在电站投运后开展了水库垂向水温的持续监测,验证了水库水温数值预测结果。对比分析了水库坝前垂向水温预测与实测数据,为进一步修订和完善电站进水口分层取水叠梁门运行调度方式奠定了基础。     

叠梁门分层取水水温-水动力动态过程模拟及分析

水温分层作为影响库区水生生态系统的重要因素逐渐成为研究热点。为全面了解叠梁门运行方案改变对取水近区水温-水动力及取水层的影响,进一步优化叠梁门运行调度,本文结合动网格模拟技术对叠梁门运行调度过程进行了模拟,并结合物理模型试验对计算结果进行了验证,分析探讨了水温-水动力耦合作用机理及取水层范围和厚度变化规律等。分析表明:数值模拟方法可行,计算结果可信;分层取水最大流速发生在取水底高程以上15 m左右;相比取水流量,取水高程是影响取水层内流速及水温分布的主要因素;相同边界条件下,随取水水头的增加,上部取水层厚度逐渐增加,下部取水层厚度呈现先增大后减小的现象;取水层厚度与叠梁门顶的流速分布、水温分布及水深有关。     

大型电站叠梁门分层取水进水口水力特性研究

电站进口前加设叠梁门后引起局部水流条件复杂,本文以模型试验和数值模拟为研究手段,系统阐述了叠梁门分层取水进口水流流态、门顶最小运行水深、水头损失和叠梁门反向附加水击压力等。研究表明,加设叠梁门后机组各栅孔进流较为均化,门井水面波动加大,主要引流区间在门顶以下10 m—门顶以上25 m水域,叠梁门门顶最小运行水深一般为15~30 m,进口段水头损失1.20~1.95 m(水头损失系数为0.45~1.15),较无叠梁门时增大1.11~1.63 m,对机组发电经济效益将产生一定影响,机组甩负荷对叠梁门下游面板产生的附加水击压力(2.9~3.0)×9.81 k Pa。     

水库库首水温分层流物理模型试验分析

大型水库由于水温分层现象易对生态环境造成一系列不利影响,但由于水深较大现场测量困难,水温分层的实测资料极少,对其研究尚不够深入。通过物理模型试验模拟并测量了春末夏初水库库首水温分层的形成和演化过程,分析了流量和出水口位置对水温在垂向和水平分布的影响。结果表明:① 由于分层流流动的特点和水动力条件的差异,水温垂向结构在温度分层的演化过程中表现为多种形式。② 垂向温差取决于上下游位置、入库流量和水库出水口的高度。通常在垂直方向上,上游温差要比下游大。随着进水口流量的增加和出口位置高度的提高,垂向温差也随之加大。③ 水平方向上的水温分布与水深、进水口流量和出水口高度有着密切联系。在水库的表面和中部位置,上游水温要高于下游水温。然而在特定条件下,如进水口流量较大且出口位置在表面时,上游水温要低于下游水温。④ 水流的出口温度受进水口流量和出水口位置的影响。较低的出水口位置会导致出水温度较低,在初始时段尤为明显。     

锦屏一级水电站进水口叠梁门分层取水结构对流态及结构安全的影响

针对锦屏一级水电站进水口叠梁门分层取水结构布置,通过水力模型试验和三维有限元结构分析,对其水力特性及结构安全影响进行深入研究和论证。研究结果表明,工程分层取水结构布置水流流态较稳定,作用在叠梁门上的最大正的冲击压强小于200 kPa,轴向拉应力最大值为5.861MPa,发生在纵撑部位。各部位的应力水平尚在正常范围内,均能通过局部加强配筋等措施解决,能够满足工程正常运行的要求。将叠梁门分层取水技术应用于电站进水口设计中,并提出改善水力特性和优化结构应力状态的措施和方向,使该技术得以在许多大、中型水电站中推广应用。     

高坝大库分层取水措施比选研究

为了合理选择大型水库分层取水措施并进行下泄水温对生态环境的影响评估,采用MIKE3数学模型方法,模拟某高坝大库分别采用单层进水口、两层进水口、叠梁门多层取水等3种不同电站取水方案的水库水温结构及下泄水温,对比分析不同分层取水措施对下泄水温的调节作用和对下游生态环境的影响。结果表明分层取水措施能有效提高水库泄水温度,减缓水库下泄低温水的影响;叠梁门结构能够实现表层取水,对水库低温水的改善效果要优于多层进水口结构。     

糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水研究

进水口分层取水是减免水电站发电下泄低温水体对下游生态环境不利影响的有效措施。结合澜沧江糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水的工程实例,通过水力学数值分析和水力学模型试验,叠梁闸门激流振动数值分析和模型试验等,叠梁门分层取水有效提高了下泄水体水温。糯扎渡水电站进水口叠梁门分层取水是可行和适用的,使水电站的建设与水生生态和谐发展。