我国特高拱坝坝身泄洪消能技术研究与应用

高坝泄洪伴随着能量的传递和释放,时至今日泄水建筑物遭受破坏的实例仍屡见不鲜,高坝泄洪消能是坝工建设与运行的关键技术之一。以2000年以来国内新建的11座特高拱坝(坝高≥200 m)为主要考察对象,其泄洪消能布置和水力指标均居世界前列。在系统总结探讨水垫塘消能评价指标、孔口体型、泄洪消能布置和水力特性的基础上,重点阐明坝身消能的3种典型创新模式:水舌碰撞的二滩模式、水舌不碰撞的锦屏一级模式、水舌碰撞与不碰撞结合的旭龙模式。研究思路和工程应用逐渐从“泄洪消能工程安全”向“泄洪消能工程安全与减轻岸坡泄洪雾化并重”转变,且水垫塘冲击动水压力均<15×9.81 kPa(标准限值)。近20 a特高拱坝建设快速发展极大地推动了该领域的技术进步和泄洪消能模式创新。建议开展复杂边界数值模拟研发、高坝泄洪TDG(总溶解气体)生成与释放过程研究等。     

高拱坝坝身泄洪流激振动水弹性模拟研究

研制了对混凝土坝及基岩进行水弹性模拟的新配方和材料，并用此材料成功地对黄河拉西瓦高拱坝坝身泄漏的流激振动进行水弹性模拟试验。在比尺为１：１５０的拱坝－地基－库水耦合系统的水弹性整体模型上，进行了实验模态分析，给出系统的空、满库的模态特性并与理论模态相比较；测定了拱坝坝身泄洪水舌跌落水垫塘消能时，紊流流振动的动力响应，定量地给出响应的强度和频谱；论证了高拱坝坝身泄洪的安全性。     

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80～700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120～140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0～20 mm/h,已属自然降雨范畴。     

高拱坝大流量全坝身孔口泄洪消能布置设计方案研究

本文以叶巴滩工程为例,结合同类工程经验,对泄洪消能布置格局、坝身孔口布置、空中消能方式、水垫塘衬护方式及二道坝设置必要性等方面进行研究和综合比选,推荐采用"全坝身孔口泄洪(坝身布置5个表孔+4个深孔)、坝身分层出流、水舌空中无碰撞、坝后设水垫塘及二道坝"方案,满足工程安全性及经济性要求.     

基于水气两相模拟的薄水舌、大落差水力特性分析及结构影响分析

对高拱坝深孔小开度泄流时,薄水舌、大落差条件下的水力特性及对水垫塘底板结构影响进行分析。通过水力学规范公式、刘培清等人总结的经验公式对不考虑空气阻力、掺气作用时的临底水力特性进行分析;并考虑水气两相作用,采用数值模拟方法对比研究薄水舌、大落差条件下,空气对水舌的阻力及掺气作用,分析临底水力特性及结构影响,为通过坝身孔口实现水垫塘反充水的思路提供支撑,为类似研究和工程应用提供借鉴和参考。     

小湾水垫塘水力特性及设计优化研究

小湾拱坝坝身泄洪消能的技术难度已达世界当前最高水平，其水垫塘的优化设计亦是工程中的一大难题。本文通过承担完成国家“八五”科技攻关项目课题研究任务，在对小湾坝身泄洪消能布置方案进行水力模型试验的基础上，应用二维和三维紊流数学模型对多层和多股淹没射流水垫塘流动特性进行了数值模拟，对水垫塘三元流速场和壁面脉动压强的水力特性进行了实测研究；通过对多层射流入流方式的优化计算和实验验证，提出了“１＋１＜１”效应的新观点和最佳入流方式。用人工掺气方法，研究了掺气射流特性，得出了水流掺气可导致时均压强减小，脉动压强增大的结论。文中还讨论了小湾水垫塘采用全面混凝土衬砌的必要性，并对水垫塘底板高程、长度及体型提出了新建议。     

二滩水电站坝下水垫塘的水力设计

二滩水电站采用坝身泄洪、水垫塘消能方式。本文用模型试验、计算分析和工程类比的方法,对坝下水垫塘的水力设计问题进行了探讨,结果表明,溢流拱坝下游水垫塘的设计是经济合理的,可以满足坝身泄洪消能的要求。     

开敞式变坡溢洪道消能工数值计算分析

采用紊流模型，VOF方法对三孔泄洪工况下，溢洪道全程流场进行了水气二相流三维数值模拟。特别在上游水库进口断面上自编程序使用了水位边界条件，计算得到校核水位下溢洪道沿程一系列水力要素，把溢洪道中心线压强、侧墙水面线以及水舌挑距与相应的模型实测值进行了验证。在此基础上,对收缩段水流冲击波，水舌入水宽度，入水角度、流速分布等水力特征进行了分析讨论。研究表明：三孔同时泄洪，在收缩段会出现较强的M型冲击波，随后在直段发展为◇型波；数值计算对于水舌入水宽度和入水角的模拟欠佳。     

高拱坝非对称泄洪消能布置优化试验研究

白鹤滩水电工程具有窄河谷、大泄量的特点,泄洪消能问题突出。为了避免有限空间内的水舌重叠,采用泄洪表孔3组非对称排布的泄洪消能布置方式。模型试验表明,原布置方案中在坝身泄洪孔口表、深孔单独泄洪时能有效分散水舌,但在坝身表、深孔联合泄洪时,水垫塘内冲击压力峰值超过常规标准,可能影响水垫塘安全运行。通过分析表、深孔水舌的空中碰撞特点,调整表孔俯角后,改善了水舌空中碰撞效果,同时改变深孔平面偏转角后,坦化了大功率泄洪时水垫塘动水冲击压力分布。优化后的非对称布置方案在高效消能的同时保证了水垫塘的安全。     

三维挑流水舌及其碰撞的LBM数值模拟研究

为了研究挑流水舌空中掺气破碎以及水舌碰撞形成的复杂两相流运动,采用格子玻尔兹曼方法对泄洪过程中的挑流水舌以及两股水舌的碰撞进行数值模拟研究.研究表明:(1)格子Boltzmann方法能够对挑流掺气水舌进行数值模拟,得到掺气水舌的运动界面以及水舌风的空间分布.水舌内缘挑距、外缘挑距以及横向宽度与文献中实测数据对比误差分别...     

Impacts of water surface area of watershed on design flood简

In order to analyze the impact of the water surface area of a watershed on the design flood, the watershed was classified into a land watershed and a water surface watershed for flood flow calculation at the same time interval. Then, the design flood of the whole watershed was obtained by adding the two flood flows together. Using this method, we calculated design floods with different water surface areas of three reservoirs and analyzed the impact of water surface area on the flood volume and peak flow. The results indicate that larger water surface areas lead to greater impacts on the flood volume and peak flow. For the same watershed area, the impact of water surface area on the flood volume and peak flow is positively proportional to the flood frequency, i.e., the higher the frequency, the greater the impact becomes.     

周宁抽水蓄能电站下水库泄洪建筑物布置方案研究

针对周宁抽水蓄能电站调节库容小、洪水调节能力差,而且洪水的洪峰流量和洪量大等特点,用调整表孔、底孔结构尺寸的方式进行泄洪规模和表底孔泄洪能力分配的比选,探讨其泄洪建筑物的布置原则。不同方案的对比研究表明:最大下泄流量应以校核洪水下高水位时局部时段敞泄为原则进行设计,以减小闸门控制误差所造成的洪水雍高风险。对于调节能力差、洪水流量大的抽水蓄能电站工程,应布置表孔、底孔进行联合泄洪;底孔的布置应保证低水位时各频率洪水均得到快速下泄,避免在水位上升过程中出现滞洪现象;在总超泄能力满足泄洪要求的前提下,应选择表孔规模较大的方案,实现表孔和底孔泄流能力的优化分配。研究成果对调节能力差、洪水流量大的电站工程建设具有借鉴意义。     

Darcian flood generation modelling

This paper discusses experience of the use of Darcy's law for porous media flow in the context of practical modelling of flood generation. Specific drawbacks to the straightforward use of single porosity Darcian formulations for flood generation are discussed with reference to modelled examples. A quick flow component is frequently found to be needed to supplement modelled porous medium flow to match flashy stream hydrographs and observed rates of change of flow. This can in cases be justified in the field with reference to underdrainage, surface flow, natural piping and the occurrence of macropores. Rough limits are given for pure Darcian hydrograph rises under specified conditions: a range of simple methods is suggested for modelling the addition of a fast flow component where it is appropriate.     

基于决策树技术的场次洪水拦洪比推理模型研究

为缓解水资源缺乏以及发展区域经济,人们在流域内修建了大量的水利工程,改变了流域的下垫面条件,从而影响了蒸发、入渗、产流、汇流等特性,导致传统的洪水预报模型难以反映流域产汇流规律。文章文通过决策树技术,挖掘上游水库群拦蓄或泄放洪水的规律,建立场次洪水拦洪比推理模型,对洪水预报予以修正,有效提高洪水预报精度。     

窟野河“19580710”洪水特性分析

窟野河"19580710"洪水是一场十分罕见的高含沙洪水,对其特性进行分析目的是加深对高含沙洪水的认识,对高含沙洪水测报等具有参考、借鉴作用.应用水文学基本原理对这次洪水进行了深入分析,其突出特点是含沙量大、水面比降变化反常、洪水演进速度缓慢、发生了高含沙洪水特有的"浆河"现象.     

城市洪涝试验研究进展

城市洪涝物理试验与原型试验是开展数值模型验证及提高预报预警精度的重要手段。从城市产流过程、地表洪水演进以及地表径流与管网水流交互三方面,综述了近年来国内外城市洪涝试验的研究进展。针对目前城市洪涝试验研究中存在的不足,指出今后应完善现有城市产汇流过程相关机理方面的试验研究,深入研究地表与管网垂向交互过程,加强与城市洪涝期间的流动行为密切相关过程的定量试验研究。     

轨道交通建设对蓄滞洪区运用影响研究

随着经济社会快速发展和人口增加,城市附近蓄滞洪区内轨道交通项目建设速度明显加快,国内外就其项目建设对蓄滞洪区运用产生的影响研究较少。以武汉市轨道交通21号线工程为例,采用动边界模拟技术,建立蓄滞洪区二维水流数学模型,在此基础上就轨道交通建设项目对蓄滞洪区运用的影响进行分析研究。研究成果表明:武湖蓄滞洪区内轨道交通工程桥墩、车站等占用有效蓄滞容积相对较小;工程建设对蓄滞洪区分洪流量、历时、水位及流场过程的影响较小,对蓄滞洪区退洪流量、历时、水位及流速过程等影响不大,不会对蓄滞洪区运用带来明显不利影响,其研究方法及成果可供工程规划设计单位及防洪管理部门参考。     

丹江口入库洪水与坝址洪水关系研究

以汉江流域的丹江口水库为研究对象,基于水库建库前后的洪水资料,采用流量叠加法、水量平衡法、马斯京根演算法等方法推求入库洪水和坝址洪水,建立入库洪水与坝址洪水的洪峰流量和不同时段洪量的关系,研究不同方法推求的入库设计洪水成果的差异。研究结果表明:丹江口入库洪水与坝址洪水的关系可近似用线性关系表示,洪峰流量较时段洪量的相关性略差,随着时段的增长,入库洪量与坝址洪量趋于接近;采用典型年法推求入库设计洪水,不同典型年推求的入库设计洪峰和短历时洪量成果差别较大,用入库洪水与坝址洪水关系法推求的入库设计洪水成果代表平均值。研究成果可为丹江口水库防洪调度运行提供参考。     

南流江合浦城区河段防洪设计洪水分析

通过南流江干流各水文站基本资料统计分析,对历史洪水调查、文献资料考证及洪水成因和特性了解,利用常乐水文站、文利站实测水位流量资料推算常乐水文站、周江口设计洪水成果,根据河道实测断面和常乐水文站设计洪峰流量相应水位,推算总江口~常乐站水面线,并分析计算防洪设计洪水及成果合理性论证,为合浦城区防洪工程设计提供可靠依据。     

HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用研究

以桃河阳泉小流域为例,探索了HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用可行性。产流模块采用Green-Ampt模型、坡面汇流模块采用SCS单位线、河道汇流模块采用运动波,通过流域DEM、土壤、土地利用等下垫面信息获取了主要参数,构建了山洪预报模型。在1970—2015年的流量系列中筛选出14场典型洪水场次,对模型进行了验证。结果表明,验证期洪峰流量相对误差均小于10%,平均纳什效率为0.88,对于起涨和退水速度快的单峰型洪水,模拟效果较好,通过下垫面信息获取的模型参数准确有效,达到了山洪预报的技术要求。