等壳水电站泄洪建筑物优化设计

新型消能工较好的利用了水力学基本原理,取得了很好的消能效果,宽尾墩＋阶梯溢流坝＋消力池消能即是现阶段表孔溢洪道消能常采用的形式之一。研究了在河道地形受限条件下,底孔不同挑坎形式对消能效果、水力衔接及工程下游河道冲刷情况的影响     

窄缝式消能工在多洞联合泄洪中的应用研究

长河坝水电站为典型的高水头、大泄量的电站,多洞联合泄流,采用挑流消能方式,此类工程对下游河道的消能防冲具有很高的要求。为解决初始阶段水工模型试验挑流消能不充分、水舌空间流态较差的现象,结合工程实际和以往经验,以大比尺水工模型试验为手段,比较了2#泄洪洞在等宽和窄缝挑坎两种形式下单独泄洪和联合泄洪的消能防冲效果,进一步验证了窄缝挑坎和扩散挑坎的有机结合在多洞联合泄洪过程中所体现的优越之处。本文的研究成果对同类型的消能防冲设计有一定的借鉴意义。     

窄缝挑流水舌的运动扩散规律及应用

一、前言对于传统的宽浅式挑流鼻坎,由于出坎水流具有近乎相同的运动方向,其水舌在空间的扩散运动主要表现为紊动扩散。对于窄缝式挑流,出坎水流各质点具有不同的运动方向,因而水舌在空间的扩散运动具体表现为两种运动形式:一种是水舌各质点由于运动方向不同而产生的运动扩散;另一种是紊动扩散。在窄缝式挑流中,由于挑坎边墙的收缩对水流产生扰动作用,水舌紊动扩散被强化了,但与水舌的运动扩散相比,仍然是比较小的,水舌的扩散主要是运动扩散。本文试图论述窄缝挑流水舌的运动扩散规律,并说明其对冲刷的影响。     

拱坝表孔单孔双窄缝水舌冲击压强数值分析

挑流表孔采用消能工体型不同,水舌能量分布与挑流引起的冲刷深度就存在差异。为了探索单孔双窄缝消能工体型挑流水舌的能量分布情况,研究其冲刷作用机理,本文利用数值模拟方法计算了拱坝表孔单孔双窄缝挑流水舌的流场信息,在此基础上,分析冲击压强在河床底板上的特性。研究结果表明,双窄缝消能工体型冲击压强具有普通斜淹没射流的特点,但能量更为分散,水垫区流态复杂,不同水股的相互作用更加明显,且不同工况下时均冲击压强分布形态不同,这些变化都将有利于能量的耗散。     

泄洪雾化危害的治理方案研究

挑流泄洪引发的强降雨及雾流灾害对周围建筑物安全及周边生态环境影响巨大,建筑物应尽可能避免布置在暴雨区（降雨强度S ≥ 10 mm/h）内。本文针对纳子峡水电站在泄洪期间电站厂房处于暴雨区的情况,利用水力学模型试验对溢洪道的挑坎体型进行优化研究,通过对比不同挑坎体型挑流水舌的挑高、挑距、入水宽度、下游河床冲刷形态、水舌风以及溅水量等参数指标,得出以50°挑角左侧边墙加扭面贴角挑坎体型为推荐体型,进一步对比了原体型和推荐体型各参数指标在不同工况下的变化规律。试验结果表明：相比其他体型,推荐体型挑流水舌沿轴线整体向右侧偏移,电站厂房尾水上游边坡溅水情况改善明显;各工况下,推荐体型厂房尾水上游边坡的溅水量及厂房尾水附近水舌风的抑制均明显优于原体型。     

特约文章：高坝泄洪消能技术研究进展和展望

近40年来,我国水利水电工程建设蓬勃发展,建成了一大批具有世界级水平的水电工程,涌现了许多创新技术,推动了我国在高水头大流量泄洪消能方面的研究达到世界先进水平。本文重点梳理和评述我国在高水头大流量泄洪消能方面所取得的最新研究成果,包括全断面掺气减蚀技术、高拱坝表-深孔空中碰撞和无碰撞挑流消能、高重力坝多股多层淹没射流跌坎底流消能、燕尾挑坎、翻卷挑坎、洞塞式、旋流式及阶梯式内流消能等新技术。对今后中长期的水利水电工程建设面临的高坝水力学问题研究进行了展望。     

水布垭工程差动窄缝挑坎型溢洪道水力特性的试验研究

对水布垭水利枢纽工程高水头大流量泄洪条件下,带有弯曲引水渠和差动窄缝挑坎的溢洪道水力特性进行了模型试验研究。观测了引水渠和溢洪道内的水流流速分布和流动形态,分析和评价了斜型差动窄缝挑坎挑流特性,初析了消能效果。     

导流洞挑射水舌的模型试验及数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对导流洞挑射水舌的水力特性进行了研究。原设计连续挑坎存在水舌落砸本岸基岩的问题,改为斜切挑坎予以解决;采用RNG k-ε紊流模型计算了三维流场,再现了水舌的空中形态,对比沿程水面线、出口流速和水舌挑距,计算结果与测量数据吻合较好。研究结果表明：对于中低流速的斜切挑坎,挑角以15～25°为宜,高坎出口的表面流速明显小于低坎出口的临底流速,会导致高坎出口挑距明显缩短,理论分析时应考虑挑坎高差对流速的影响。     

曲面贴角窄缝挑坎在玛尔挡水电站中的应用研究

曲面贴角窄缝挑坎是我国发明的一种典型挑流消能工,本文通过将曲面贴角窄缝挑坎与传统直线边墙窄缝挑坎工程类比及结构、受力分析,表明曲面贴角窄缝挑坎具有边墙高度低、消能较充分、所受脉动压强较小、结构稳定性好的特点。针对玛尔挡水电站具有水头高、流速大、下游水位低、泄洪建筑物布置集中的特点,通过水力模型试验,将曲面贴角窄缝挑坎与舌形挑坎、斜挑坎及直线边墙窄缝挑坎对比分析,证实曲面贴角窄缝挑坎水舌入水位置合适、不仅纵向拉开还兼顾横向扩散、冲坑浅、淤积体对电站尾水影响小,可以将其推广应用于坝高超过200m的玛尔挡水电站。     

许家崖水库溢洪道消能防冲方案模型试验研究

许家崖水库溢洪道中的水流为低弗劳德数水流,消能不充分是这类工程布置中的普遍问题。此外,溢洪道进口后方的弯道一定程度上恶化了溢洪道中的流态。为了得出更为合理的布置及消能防冲方案,通过模型试验的方法,从底流消能和挑流消能两个方面,分别对原设计方案进行优化,在各种优化方案的基础上对比了单级消力池消能方式、两级消力池消能方式和挑流消能方式之间的水流流态和消能效果,最终推荐挑流消能方式为工程较为经济合理的消能形式。     

溢洪洞出口挑流鼻坎优化试验研究

针对长益庙水库泄洪时下游岸坡淘刷严重这一问题,在挑坎前段溢洪洞YD+152.076-YD+168.875断面加了一对同心圆弯道的基础上,对原方案挑流鼻坎形式做了4种舌形挑流鼻坎修改方案。通过分析比较其挑距、扩散、冲刷等水力特性,最终认为修改方案三各水力参数较优,满足下游消能防冲要求,且施工难度不大,将之定为最终的挑流鼻坎推荐方案。另外,通过各舌形挑坎和原方案挑坎的对比分析,进一步明确了舌形挑坎在增强水流横向扩散方面的优越性。     

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道消能研究

阳江抽水蓄能电站下库溢洪道具有泄流落差和单宽流量较大、陡槽段平面转弯等特点,溢洪道的急流冲击波和消能问题较突出。通过水力学模型试验研究,在弯曲陡槽段进口上游设置"底流消力池 T型消力墩"的一级消力池、弯曲陡槽段内设置斜向高低坎和陡槽段内设置外凸式阶梯跌坎等辅助工程设施,改善了溢洪道泄流流态,妥善解决了溢洪道消能问题。     

福建省泄水建筑物中应用的新技术及其作用

本文通过四个福建省水利水电工程 :南靖南一水库在高溢流坝上采用窄缝消能技术、尤溪水东水电站在碾压混凝土重力坝上采用宽尾墩 阶梯式坝面 戽池联合消能技术、穆阳溪芹山水电站在面板堆石坝的旁侧溢洪道上采用斜切双扩散坎新型消能工 ,以及在安仁溪砌石双曲拱坝上采用大差动齿坎消能技术等一系列新的工程措施 ,使水流的结构和消能机理均发生了深刻的变化 ,从而达到优化水利水电工程的枢纽布置 ,节省工程投资和减少下游冲刷的目的。     

空中水舌运动特性研究

随着水电建设的发展,我国大型水电工程多在狭谷地化修建,泄水建筑物的泄洪消能是水利枢纽设计中必须妥善解决的重要问题。利用坝顶和坝身孔口泄洪是通常采用的泄洪方式,其出口消能多采用挑流消能,在进行枢纽布置及泄水建筑物设计时,往往希望事先了解水舌扩散后的水流情况。但是目前关于水舌在空中扩散消能的研究尚不能满足设计要求,本文重点对水舌的扩散规律、水舌内的流速公布及其能量损失进行了研究。     

某溢洪道挑流鼻坎温控仿真分析

基于某大型水电站溢洪道工程材料特性,采用大型有限元分析软件模拟施工过程计算了不同起浇时间下施工期及运行期溢洪道挑流鼻坎的温度场及温度应力场。计算分析表明,只要选择合理的施工方案,严格按照施工进度进行施工再加上相应的温控措施,挑流鼻坎段的温度应力能够满足设计要求。     

设置地基混凝土防渗墙均质土坝的应力变形有限元分析

结合某大型水电站溢洪道工程材料特性，采用大型有限元分析软件模拟施工过程计算了不同起浇时间下施工期及运行期溢洪道挑流鼻坎的温度场及温度应力场。计算分析表明，只要选择合理的施工方案，严格按照施工进度进行施工再加以相应的温控措施，挑流鼻坎段的温度应力能够满足设计要求。     

岸边溢洪道侧面挑入消力池消能方式研究

本文提出了一种岸边溢洪道从侧面分散挑射出流,利用与之平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用模型试验和数值模拟的方法对溢洪道的水力特性以及消力池内的水流流态等进行了研究。结果表明,在适当的位置取消侧墙,并配合底板的适当倾斜,可使部分水流从侧面沿程均匀跌入消力池,溢洪道另一侧边墙末端采用圆弧收缩至消力池边墙处,可使其余水流从跌射水流上方挑射进入水力池,从而在消力池内形成一"∩"形入射水舌,使溢洪道出射水流充分拉伸扩展,分散进入消力池,避免对消力池底板造成较大的冲击。采用这种布置形式,既不影响其它泄洪建筑物泄洪时消力池的正常运行,又充分利用了已有消力池的后半部分供溢洪道消能,可大大节约工程投资。     

X宽尾墩应用与发展的试验研究

本文在总结传统宽尾墩与普通X宽尾墩消能工所存在问题的基础上,通过思林水电站泄洪消能建筑物的试验结果分析,提出一种新型X宽尾墩消能工。该消能工体型简单,能满足表孔泄洪流量变化范围大、消力池纵向长度小、尾坎低的要求。与传统宽尾墩对比试验结果表明,消力池水流消能充分、下游河道水面波动小、消力池底板脉动小、满足工程安全运行的需要。     

明流泄洪洞内闷顶水跃及解决措施的研究

在某抽水蓄能电站下水库泄流试验研究中发现,进出口高程差较小的明流泄洪洞在泄洪期能正常运用,但在泄水过程的某一阶段,泄洪洞中会出现水跃并在洞内游移:库水位下降,水跃上移、强度降低;库水位上升,水跃后移、强度增加。伴随水跃发展、跃后水深增加,很容易形成闷洞,直接影响过渡过程中的泄洪洞安全运行。另外洞末端射流顶冲下游河道防护堤,为了消除洞内水跃隐患并改善洞下游流态,提出了在泄洪洞末端挑坎段设置转角与侧堰的修改思路:通过弯曲挑坎调整射流方向,理顺河势;利用挑坎段环流控制侧堰分流抑制强水跃发生。试验表明在泄水过渡期内,侧堰充分利用环流特性,有效遏制了出口水深与水跃强度,避免了闷顶现象;同时弯曲挑流段也改善了射流角度与下游河势。     

窄缝挑坎出流水舌出射角的计算

从窄缝挑坎收缩段水流的连续方程和能量方程入手，推导出了水流出射角的计算公式。分析了影响窄缝挑坎水流的出射角的各种因素，确定了水流出射角计算公式中参数的计算方法，从而能够计算直墙窄缝挑坎出流水舌的出射角。