白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

白虎潭水库溢流坝采用挑流消能,溢流堰面采用WES堰型.原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎,挑流水舌入水宽度大于下游河床宽度,水流落入下游河道后,落水集中,造成下游河床及岸边冲刷严重.经水工模型试验研究,推荐的台阶式堰面+差动挑坎+边墙末端局部收缩方案,使下泄水流归槽宽度减小、纵向及竖向充分分散,水舌入水面积增大,消能率增加,下游河道消能问题得到了有效地解决.     

南哨水电站拱坝体型设计

南哨水电站位于雷公山暴雨中心区， 洪水峰高量大， 水库基本无滞洪削峰， 由于坝址处河床深切而狭窄， 溢洪道作拱坝坝身表孔溢流短鼻坎挑流的布置。为使溢洪道既有较好的挑流消能效果， 又能达到控制大坝工程投资的双重目的， 将混凝土拱坝体型作了一反常规的设计布置， 即河床部分悬臂梁的上部向水库倒悬呈负坡， 岸边悬臂梁渐变为竖直呈正坡； 水平拱圈曲率由高到低逐渐变小， 而曲率半径则逐渐加大。拱坝的体型适应了溢洪道作高落差挑流鼻坎的布置， 使其溢洪舌远离坝脚， 经运行１３ 年来多次洪水的检验， 在下游不做消能防冲工程措施的情况下， 保证了大坝和下游两岸岩体的稳定安全， 而大坝和溢洪道运行状态良好。     

斜鼻坎挑流消能水力特性试验研究

特殊地形地质条件下,高水头泄水建筑物连续式挑流鼻坎出射水流水股集中,下游所形成的冲坑可能威胁到河岸山体稳定性及相邻建筑物的安全。在不过多改变原设计体型的情况下,将连续式鼻坎优化为斜鼻坎,迫使出坎水舌在平面上转向沿竖向大幅拉开,既能够使水流平顺归河,也能有效降低水股对落点的冲刷。试验研究表明,异型斜鼻坎反弧范围的水流流速和压力分布,较之连续式鼻坎未见明显变化,采用斜鼻坎挑流消能,发现较之连续式鼻坎挑流消能并不必然增加空蚀破坏可能性。     

中小型泄水工程利用附着混合流消能问题的探讨

几十年来稳定附着混合流没有作为独立的消能流态加以利用,只注意利用了自由挑流,尾水位必须低于鼻坎1m或者1m以上。通过鼻坎高低于或接近于尾水位的几个工程的试验,发现其消能效果较好,本文将加以介绍,此型消能的水舌挑距大于自由挑流,冲坑深小于自由挑流。过去由于中小型工程落差小,尾水位低于鼻坎高的这一要求不易满足,但允许其尾水位高于鼻坎许多工程就可能采用挑流消能,因为挑流消能是经济的。     

南水水库泄洪洞消能防冲试验研究

在模型试验的基础上，针对南水水库泄洪洞泄流量大、落差大和下游河床狭窄的特点，在泄洪洞原设计挑流消能工左右边墙各加一块贴角体做成异型鼻坎，解决了下游挑流水舌冲击对岸山体的问题；此外，模型还进行了原有旧泄洪洞和新建泄洪洞下游局部动床试验。     

罗坡坝水电站泄水建筑物设计及试验研究

罗坡坝水电站拱坝设置有三个溢流表孔,中间孔高程低于两侧的孔,三个泄水孔设有差动式挑坎。通过模型试验表明,不发生危及岸坡稳定的泄流雾化问题,此外,适当控制泄流水舌射程可以减少坝下冲坑深度,消能效果良好。     

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。     

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

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。     

溢洪道出口挑流鼻坎体型优化试验研究

针对常规斜切挑坎两侧边墙流速低、中部流速高,导致挑坎水舌小流量落砸本岸、大流量冲刷对岸的问题,结合1:45水工模型试验,对某电站高水头、窄河谷、大溢流交角溢洪道出口挑流鼻坎体型进行研究,提出了一种内凹折线型斜切挑坎。该挑流鼻坎体型简单可靠、流量适应范围广、水舌归槽性及下游消能防冲效果好,但体型设计应注意以下几点:(1)中部镂空内凹折线段数量可根据下游河道岸边地形变化情况增加或减少,但相邻折线段之间夹角应平顺过渡,以满足挑射水舌水量分布均匀的要求。(2)靠近两侧边墙处底板应有一定宽度,以免边墙上产生不稳定水翅。     

高陡槽溢洪道挑流鼻坎体形研究

结合紫坪铺水利枢纽工程的溢洪道挑坎特性,采用模型试验的研究方法,根据挑流鼻坎体型设计理论和它灵活性特点,应用CFX软件对挑流鼻坎体型进行了改进优化,以使挑流水舌分布更均匀、挑距更大和冲刷更小,并通过对水舌和冲坑特性的观测来验证改进结果。     

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。     

预留冲刷坑对挑流消能效果的影响

传统溢流堰在下游一般不预挖冲刷坑。为探究预留冲刷坑对挑流水舌在下游水垫塘中消杀能量的效果,运用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以龙兴桥水库未预留下游冲刷坑的连续式挑流鼻坎为例,对比有无预留半圆形冲刷坑及下游有无水4种工况下的消能效果。数值模拟结果表明,下游无水时,预留冲刷坑内的水舌与空气的接触面积更大,并且坑内流速稍大于未预留时的流速;下游有水时,预挖冲刷坑内的水气掺混更剧烈,相对未预留时湍动能耗散更加快速,有利于消能。     

溢洪道差动式挑坎水力特性分析和计算探讨

溢洪道差动式挑流鼻坎可增大其挑射水舌的扩散、碰撞、掺气和消能率,从而减轻下游河床的冲刷。目前对差动式挑坎水力特性研究成果仍较少,给工程设计带来极为不便。在现有的文献和成果总结和分析的基础上,开展了差动式挑坎下游河床冲刷特性的试验研究,对差动式挑坎段的水面线、挑射水舌挑距及其下游河床冲刷特性和计算方法进行探讨,并进一步补充了差动式挑坎下游冲刷影响系数与其体型和泄流水力参数的关系。研究成果与水力模型试验结果较吻合,可供类似工程设计和运行参考。     

云龙水库溢洪道泄洪消能设计方案

云龙水库是昆明市掌鸠河引水供水工程的水源工程.泄水建筑物采取泄洪隧洞与溢洪道联合泄洪.溢洪道挑流鼻坎采用不对称窄缝式挑流鼻坎,既可以使水流纵向扩散而达到消能的目的,又改善水舌方向,是理想的挑坎型式.     

连续坎挑流水舌出射角特性研究

本研究采用基于VOF水气两相流的标准k-ε双方程紊流数学模型对连续坎挑流水舌出射角特性进行了三维数值模拟研究,为计算挑流水舌出射角与挑坎体型角的差值提供理论支撑,从而达到修正工程中挑流水舌实际出射角的目的。基于不同来流条件、挑坎体型尺寸下的系列计算数据分析了来流水深、坎前断面流速、反弧半径以及挑坎挑角对挑流水舌底缘出射角、上缘出射角和出射角断面分布的影响,获得了出射角的变化规律。研究结果表明,挑流水舌出射角沿水深方向逐渐减小,底缘出射角大于上缘出射角但两者均小于挑坎挑角,并揭示了来流弗劳德数、挑坎体型参数对底缘出射角差以及断面平均出射角差的影响规律且建立了相应的计算方法,可为连续坎挑流水舌计算水舌挑距、入水范围提供精确的出射角,有助于挑流消能设计水平的提升。     

溢流面水流参数的计算

在紊流边界层内，流速为对数分布假定的基础上，本文利用水流能量平衡方程计算紊流边界层沿流程发展的厚度从而推导出溢流面一些水流参数的计算公式。并通过结合实际工程计算后表明，利用本文公式计算得的沿程能量损失，水深，水面线，流速系数，鼻坎挑流水舌抛距等与实测资料吻合，可应用于实际工程中的水力学计算。     

挑流设计参考图的绘制与应用

挑流水舌的挑射距离,是挑流消能工的基本性能指标之一.在各类挑距估算式中,真空抛射体公式是唯一得到普遍应用的.由于它有一定的理论依据,原则上还能够用来对挑流鼻坎作水力学上的最优设计.不过,“最优坎高”问题一直没有获得明确解答,一般的挑距     

柳树沟水电站泄洪消能试验研究

结合新疆开都河柳树沟水电站溢洪洞及泄洪洞挑流鼻坎体型优化的试验研究,通过调整鼻坎体型,提出了一种适合于窄泄槽、高流速、泄槽与河道交角大、窄河道的异型窄缝鼻坎.这种鼻坎水舌不仅能沿纵向、竖向拉开,还能横向有所扩散,使水舌覆盖消能区较大范围,削弱了岸边回流,减轻了河床冲刷,且有效地控制了水舌落水位置、范围及分布,减少淤积体对电站尾水抬高的影响.     

鼻坎型式对挑流局部冲刷影响的数值模拟

挑流消能为高水头水利枢纽主要泄洪方式,耗散能量的同时会对下游产生剧烈冲刷。为分析冲刷坑形成原因,探究鼻坎型式对于冲刷的影响,针对某一具体工程,采用自编程序以临界起动切应力作为泥沙起动条件进行数值模拟,结果表明：差动式鼻坎挑流水舌集中,单宽流量大,冲刷深度深,河床冲刷严重;舌型鼻坎挑流水舌横向扩散较大,单宽流量小,冲刷深度较浅。将计算结果与物理模型试验结果对照,两者基本吻合。证明通过用户自定义编程方法进行数值模拟能够较为准确的预测冲刷坑范围与深度,合理的鼻坎型式对于削弱下游冲刷效果显著。