洞庭湖响水坎险滩的演变及成因分析

应用遥感地质和水动力演变分析法，分析了洞庭湖响水坎滩险的成因．探讨了影响湖区跌坎形成的水文和地质因素、水动力学条件及跌坎上、下游河床演变情况．地层岩性与沉积厚度的突变、地质构造单元分布等，是响水坎形成原始河床跌坎的内在原因，原始跌坎是出现跌水的前提，河湖边界及水流动力作用是跌水存在的外在条件，河湖水文组合决定了响水坎滩段是否碍航．     

江口水电站大坝泄洪消能试验研究

江口水电站大坝采用5个表孔，4个中孔泄洪，水垫塘消能，经济方案的试验比选，推荐方案为：表现出口加调坎，中孔出口加谳不对称宽尾圹，中孔不单独泄洪，水垫塘长度取160m，对水舌形态，水垫塘底板、侧墙和尾坎压力特性，水垫塘中流态，尾坎区流速和水流衔接以及坎后河床冲刷等水力学参数进行了观测，结果表明，推荐的消能防冲方案基本可行。     

挑流鼻坎贴流量水力近似计算

从工程模型试验或原型观测发现，有时会发生鼻坎贴流现象，这是由于过流量小而动能不足引起的。现以水流在鼻坎反弧段上呈现淹没水跃与鼻坎末端自由溢流为条件，利用水跃理论和堰流理论，依据流量连续平衡原理岢近似地推算鼻坎贴流量。     

拱坝坝顶差动坎消能的试验研究

三大峡水电站水工整体模型试验，通过试验研究，推荐采用差动坎方案，在溢流堰挑坎下游形成交汇水流，产生冲击水冠，使水舌纵向拉开，横向扩散，消能效果较为显著。     

溪洛渡水电站泄洪洞双曲挑坎体形设计

溪洛渡水电站4条泄洪洞位于沙谷两岸，为防止泄流水舌冲刷河岸，要求水舌挑射玉河床中心，同时使水舌沿河道方向扩散。为此，泄洪洞出口采用了异形扭曲挑坎。在不可压缩流的NavierStokes方程基础上，以求解流体力学逆命题的方式，按照水电站的地形、地质条件及下泄水流的具体要求，根据事先选定的挑流入水范围，通过计算反求能满足这些要求的挑坎体形。按此设计出的双曲挑坎满足上述要求，而且泄水时挑坎上的压力均呈正压，有利于防止空化的产生。     

燕尾坎水舌冲击特性试验及数值仿真研究

泄洪防冲消能设计是水利工程设计中的重要技术问题.采用水工模型试验和数值模拟相结合的方法对连续坎和燕尾坎的水力特性进行了对比.主要研究内容包括两种挑坎的水舌运动特性、水垫塘底板动水压强分布及其扩散特性、RNG k-ε湍流模型求解脉动荷载的可行性.研究结果表明:RNG k-ε湍流模型对于连续坎和燕尾坎的水舌形态、水垫塘底板...     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

适用于高水头窄河谷的燕尾斜切组合挑坎试验研究

窄缝挑坎和燕尾挑坎是高水头、窄河谷泄水洞挑流消能常采用的挑坎型式,通过纵向拉伸水流形成片状水舌,达到水流顺利入槽、下游河道水流充分消能的目的。由于挑坎自身具有的特点,窄缝挑坎和燕尾挑坎的出射水流沿泄槽轴线纵向拉伸,下游河道落水区域呈平面一字型。为了避免挑坎内缘水流落砸本岸,需控制水舌的纵向拉伸长度;而对于下游河道地质条件较差的工程,水流消能难以达到满意的效果。结合两河口水电站溢洪道1∶40水工物理模型,通过窄缝挑坎、燕尾挑坎和新型燕尾斜切组合挑坎的对比试验研究,所提出的新型燕尾斜切组合挑坎在适应河型和充分利用水舌纵向拉伸长度方面具有一定的优势,能更好地满足工程下游河道的消能防冲要求。试验研究成果可供类似工程参考。     

挑流水垫塘坎尾壅水特性研究

挑流水垫塘(消力池)尾坎的壅水特性,对尾坎选型有重要的影响。通过模型试验实测和堰流计算的对比分析,对非淹没和淹没过流状态下尾坎壅水特性进行了研究。研究发现,受水垫塘(消力池)内的水流紊动影响,一般实际工程中尾坎高度可能偏小,因此,选择尾坎高度时需要在堰流计算的基础上适当加高。非淹没过流状态下,当泄洪流量相对较小时,尾坎高度可直接由堰流计算壅水曲线确定;随着泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响也越来越大,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值逐渐增大,最高可达16.64%。淹没过流状态下,随泄洪流量的增加,水流紊动对尾坎壅水高度的影响越来越小,尾坎的实际壅水高度与堰流计算值之间的差值也逐渐减小,最小仅为7.43%。     

泄水建筑物掺气坎底空腔回水探讨

该文主要采用数值模拟的方法,对明流泄洪洞掺气坎底空腔回水问题进行了探讨.通过对连续坎及三维异型掺气坎(U型、V型和凸型掺气坎)后落水区形态,水舌三维流态以及落水区流场结构等水力特性进行分析发现:当水流经过掺气坎后,中间水流较为集中时,主流方向的能量较大,不利于水流在底部落水区域的充分扩散;水流出坎后横向扩散的方向对抑止空腔内回水壅堵较为敏感,掺气坎后水舌向两侧扩散的水流与边壁的相互作用容易产生回水.结合掺气坎后水流的细部结构得出,影响掺气坎后空腔回水的主要因素为:出坎水舌落水区的纵向分布范围与横向分布范围的关系以及水舌入水角度.     

前置掺气坎高度对阶梯溢流坝水力特性的影响

将掺气坎设置于阶梯溢流坝闸墩出口处,有利于阶梯掺气,避免阶梯空蚀空化。通过1∶25模型试验,在宽尾墩阶梯溢流坝上设置不同体形的前置掺气坎,研究了掺气坎高度变化对坎后有效空腔长度、空腔最大高度、下游坝面掺气浓度沿程分布、水舌冲击力大小的影响,并与未设掺气坎体形时对应的水力学参数进行了对比分析。结果表明:与未设掺气坎相比,增设掺气坎后阶梯沿程掺气浓度增长明显;有效空腔长度随坎高的增大而增大,空腔最大高度随坎高的增加无明显变化;随着坎高增加,水舌冲击力相应增加,对于53°的溢流坝面,坎高超过1.2 m后,水舌冲击压强将大于20×9.8 kPa。     

高重力坝挑坎体型及水力特性对比

基于水工模型试验方法,利用几何比尺为60的黄河古贤水利枢纽水工模型,研究了连续式、窄缝式、差动式、燕尾式、直边窄缝燕尾式及曲面窄缝燕尾式共6种体型挑坎的水舌特性及水垫塘底板的压强特性。结果表明:连续式挑坎水舌呈连续且集中的形态;当挑角为30°时,窄缝式挑坎并未呈现纵向拉伸的水舌形态,内外缘挑距大,入水宽度小,冲击压强与脉动强度较大;差动式挑坎水舌呈现分层分股的形态特征,入水宽度变大,冲击压强与脉动强度减小;燕尾式挑坎水舌纵向呈扫帚状,水舌面积增大,在空中扩散、掺气、摩擦消散充分,入水宽度大大增加,沿程时均压强未出现冲击压强且脉动强度最大值比连续式、窄缝式及差动式挑坎分别降低59.5%、69.8%和39.4%;曲面窄缝燕尾式挑坎横向收缩与纵向拉伸效果比直边窄缝燕尾式挑坎好,且横向收缩有利于近坝区水体紊动及削弱二道坝区水体紊动;燕尾式挑坎有利于水垫塘底板稳定和下游消能防冲,对于类似高重力坝挑坎体型选择具有一定参考价值。     

下桥水电站溢流表孔"三坎式水垫塘"消能工试验研究

依据下桥水电枢纽布置及水力特点，采用传统的“单级水平底板＋尾坎”水垫塘无法确保电站厂房安全高效运行。本文依据拉贾拉南受控水跃原理，于水垫塘内设置强迫消能坎而演变为“三坎式水垫塘”，经水工模型试验表明消能效果良好，各项水力要素获得显著改变。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响,在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中,对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响,并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响,推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明,采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式,可以提高碰撞消能效果,减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

大底坡急流弯道通气减蚀水力特性研究

本文结合黑河引水一期工程，石砭峪水库泄洪洞急流弯道通气挑坎的水力特性试验，对通气挑坎下游射流水股沿程各断面的掺气浓度分布，坎后空腔长度，下游水流以挟气能力和保护长度进行了研究分析，并对通气减蚀工程措施结构尺寸的选择进行了探讨。     

大底坡急流弯道通气减蚀水力特性研究

本文结合黑河引水一期工程，石砭峪水库泄洪洞急流弯道通气挑坎的水力特性试验，对通气挑坎下游射流水股沿程各断面的掺气浓度分布，坎后空腔长度，下游水流挟气能力和保护长度进行了研究分析，并对通气减蚀工程措施结构尺寸的选择进行了探讨。     

燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上应用研究

为了探究燕尾坎是否可应用于高拱坝表孔,采用1∶80整体水工模型和三维湍流数值计算方法对燕尾坎在忠玉水电站高拱坝表孔上的适用性问题开展了研究,获得了典型工况下燕尾坎挑流水舌形态,并对比了常规连续挑坎与燕尾坎挑坎内的水流形态和流速分布。来流条件相同时,下泄水流经过燕尾坎镂空开口时,在重力作用下铅直方向流速变大。燕尾坎挑坎出口断面水平方向流速值略小于常规挑坎,但铅直向下流速值是常规挑坎的3—5倍。水舌的最近挑距大幅减小,最远挑距略有减小,纵向长度变大,从而形成纵向拉伸水舌。忠玉水电站拱坝表孔采用燕尾坎挑流,可在纵向拉长水舌,避免集中入水;通过调整开口范围和宽度做到下泄流量沿入水范围均匀分布,从而大幅降低水垫塘冲击压强。     

龙背湾水电站溢洪道挑流鼻坎优化研究

挑流消能的方式在水电工程中应用得极为广泛,而由于施工环境的不同,对于挑流鼻坎形式的要求越来越高。龙背湾水电站泄流量较大,下游河道较窄,通过模型试验对比了4种挑流鼻坎形式下(连续式挑流鼻坎、改进梯形差动坎、鼻形挑坎a、鼻形挑坎b)的下游冲坑的深度、位置、水舌入水宽度及大致形状等参数。最终确定的异形挑坎的方案明显减小了冲坑深度,水舌形态良好,满足工程的要求。相关经验可供类似工程借鉴。     

泄洪洞挑坎对比研究

挑流消能是中高水头泄水建筑物采用比较多的一种消能方式,具有构造简单,便于维护以及可以节省下游护坦修建成本等优点。挑流消能有燕尾坎、窄缝坎、斜切坎等型式,通过优化比对,由于燕尾坎侧墙动水压强较小,入水长度相对于窄缝坎有所减小,但是没有明显加剧河床的冲刷,是一种实践表现优异的挑坎形式,该挑坎尤其对泄洪洞轴线与主河槽中心线交角相对不大且河槽宽度较小的情况具有非常好的适应性。事实上,在多种挑坎均能够实现水舌与主河槽良好衔接的前提下,燕尾坎是综合表现最优的一种挑流消能工形式,故而选型时可以优先考虑燕尾坎。