低水头、大单宽流量泄洪消能方式研究

对于具有低水头、大单宽流量、低佛氏数、深尾水以及下游水位落差变幅大等特点的泄洪消能问题,其过流特点是:由于闸下跃前水流的佛汝德数较低,消力池内水垫较深,水流下泄后下游水位对闸室水流和消力池内水流流态影响较大。通过水工模型试验研究,提出了采用淹没式宽尾墩消力池联合消能方式。在闸室末端采用宽尾墩后,水舌沿纵向拉伸扩散,消除和抵消了常规的等宽闸墩情况下出现水跃的来回震荡现象,水流经宽尾墩收缩后,以淹没射流形式进入消力池,池内水流具有三维射流特性,消力池内产生横、纵向扩散和剪切、掺混,加强了消能效果,达到了稳定水跃、分散水流、加强紊动剪切和掺混的目的,较好地解决了下游河床的消能防冲问题。     

高重力坝防冲建筑物体型参数对水力特性的影响

高重力坝防冲建筑物体型参数的选取决定了泄洪消能水流的水力特性,从而影响水电站的安全运行。采用水工模型试验的方法,研究了防冲建筑物体型参数对水流的水力特性影响规律。研究结果表明：水垫塘长度的减小,使塘内淹没冲击射流的扩散空间减小、冲击区的紊动增强,导致塘内底板时均压强谷值减小、脉动压强均方根峰值增大、底板安全风险增大;二级消力池池长的减小,使出池临底流速增大、下游冲刷风险增大;二道坝高度的降低,导致水垫塘底板沿程时均压强减小、脉动压力均方根峰值增大、底板安全风险增大,同时导致二级消力池内水跃收缩断面水深增加、跃首区临底流速降低、紊动强度降低、脉动压力均方根峰值减小,但出池临底流速增大。     

不同条件下WES堰下泄水流水噪声试验研究

通过对不同的消力池尾坎高度、不同的消力池长度、不同流量下WES堰下泄水流水噪声进行测量,研究WES堰下泄水流与上游来水流量及下游消力池状况的关系。结果表明:在流量、消力池长度均相同的条件下,尾坎高度的改变会影响WES堰下泄水流声压大小,随尾坎高度提高,水声压降低;在上游来水流量、消力池尾坎高度相同时,WES堰下泄水流声压随着消力池长度的增长而下降;在相同消力池长度和尾坎高度情况下,WES堰下泄水流声压随流量的增大而总体上升。     

宽尾墩对跌坎底流消力池影响的试验研究

针对低水头、大单宽流量、下游水位变幅大的水电站中的泄洪消能问题,本文结合官地水电站工程进行了水工模型试验研究,从消力池的水流流态、临底流速以及底板时均动水压强对比几方面,分析了宽尾墩对跌坎底流消力池的影响。结果表明,宽尾墩改善了消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和时均压强,充分利用了宽尾墩技术优势,提高了泄洪设施的总消能率,有效解决了下游水位变幅较大的水电工程类泄洪消能问题。     

泄洪洞消力池体型优化及优化体型的水力特性

在水利工程中,大单宽流量、低Fr引起的振荡水跃一直是比较棘手的问题。本文依进行体型优化试验研究,提出了收缩扩散与底流复合消能的消力池体型,优化后的消力池体型为在原窄深底流箱力池进口前设置Y型收缩墩后的复合型消力池,在不同来流条件或不同尾坎高度下,消力池会出现三种基本流态：自由射流流态、淹没射流与咯淹没底流复合流态以及淹没射流与过淹没底流复合流态。当消力池内水流呈现淹没射流与略淹没底流复合流态时,法内水流较稳定,被动较小,为较优流态。     

表底孔与消力池联合消能水力学研究

通过某工程的水工实体模型试验,对枢纽消力池尾坎采用二元连续坎以及差动坎进行了对比研究,并根据试验成果,拟合分析了基于表孔宽尾墩-底孔挑流-消力池联合消能工的强迫水跃长度公式.联合消能工的消能机理主要是利用宽尾墩本身在堰顶产生的多股收缩射流在消力池水垫内的相互碰击来加强水流内部的紊动剪切和掺混作用,使过堰水流的动能更多地转换为热能和势能,从而消杀泄洪能量.其成果可供相关工程设计研究参考.     

水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律试验研究

为了得到水垫塘局部掺气浓度分布规律,减少过流边壁空蚀破坏的发生,采用水力学模型试验的方法,将水垫塘内水体进行水流结构分区,通过改变泄流流量、水流入射角度、水垫深度三个条件,实测水垫塘不同水流结构区掺气浓度值,研究气体在不同水流结构区的运动机理。对试验所测数据进行整理得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布曲线,且不同的水力条件与其拟合近似为二次曲线关系。通过分析得到水垫塘不同水流结构区掺气浓度分布规律如下:各水流结构区掺气浓度随泄流流量增大而增大;射流与附壁射流区紊动掺混随泄流流量增大而更加剧烈;掺气浓度随水垫深度增大而减小;淹没射流区与旋滚区掺气浓度随水流入射角度增大而减小,附壁射流区掺气浓度随入射角度增大而增大,但变化不明显。     

低坝枢纽中泄洪冲沙闸宽度的计算

实际工程运行经验表明,当泄洪冲沙闸宣泄造床流量时,库区不产生壅水、保持天然流态泄水冲沙,库区河道主槽才有可能恢复到天然河道状态,本文根据水流连续公式、水流阻力公式和输沙公式,并引入最小能耗率原理,导出主槽河相关系。应用此关系式计算出闸前主槽水深,流速,并将其代入堰流公式进行水力学计算,求得泄洪冲沙闸宽度。     

低坝枢纽中汇洪冲沙闸宽度的计算

实际工程运行经验表明，当泄洪冲沙闸宣泄造床流量时，库区不产生壅水、保持天然流态泄水冲沙，库区河道主槽才有可能恢复到天然河道状态。本文根据水流连续公式、水流阻力公式和输沙公式，并引入最小能耗率原理，导出主槽河相关系。应用此类系式计算出闸前槽水深、流速，并将其代入堰流公式进行水力学计算，求得泄洪冲沙闸宽度。     

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。     

逐步图解法淹没式堰流公式推流的使用范围

堰闸水文站出现淹没式堰流时可以使用逐步图解法定线推流,但小水位差时用自记水位推流,计算流量的误差可能很大。通过对淹没式堰流计算流量的不确定度的分析计算,得到水位差的百分不确定度XΔz,根据计算流量的不确定度要求,推算得到满足计算流量不确定度要求的水位差的范围:对于开宽大于2.0 m、下游水头大于0.5 m的堰闸站出现淹没式堰流时,只有水位差大于0.14 m时,才能使用自记水位推流。     

溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究

针对某溢洪道挑流消能存在的问题,采用VOF方法、立方体网格和k-ε紊流模型对溢洪道整体水力特性进行了三维数值模拟,对挑射水流流态、水舌掺气、水垫塘底板压强、下游河道流速等方面进行了分析。将某溢洪道由原高低式挑流鼻坎修改为差动式后,增大了下泄水流入水范围,提高了挑流消能的消能效率,减小了水垫塘底板压强,降低了下游河道水流流速。优化方案数值模拟结果得到了模型试验结果的验证。     

基于CFD的挑流泄洪雾化特性研究

针对泄洪雾化影响范围不易采用数学模型直接模拟的问题,以某高坝电站泄洪为研究对象,先采用三维数学模型计算挑流水舌入水流速、入水角度等水力特征值,再基于此特征值选用原型观测校正后的计算公式预报泄洪雾化范围,并通过物理模型试验对计算结果进行验证分析。结果表明,受比尺效应影响,物理模型试验预测的雾化影响范围小于公式计算的范围,但两者的变化趋势一致;雾流受惯性力和水舌风作用,沿水舌轴线做爬坡运动,与原型观测现象一致;受出口挑流影响,泄洪雾化影响集中在水舌落入点的下游,而水垫塘上游、右岸降雨强度较小,影响范围有限。     

闲林水库输水系统消能模型试验研究

通过水工消能模型试验和复核计算,对闲林水库大清谷消力池的体形、水流衔接特性、闸门开度进行了测试和分析。结果表明,弧形闸门采用2.0 m×2.0 m的尺寸,正常运行时开度范围为0.435～1.813 m,相对开度为21.77%～90.65%,能够满足近期及远期的供水要求;在有尾坎的情况下,不宜设置垂直消波格栅,水平格栅设置位置离水面越近,消波效果越明显;推荐优先采用差动坎作为稳水区上游的消能坎,优化方案中可将稳水区底板抬高到与消力池底板平齐;流量越小,闸门开度越小,上游水位越高,对消力池的消能要求越高,工程运行中要尽量避免高水头、小流量情况下的长时间运行。     

滨海山丘区城市小流域设计洪水计算方法研究

我国滨海山丘区城市上游有山丘区,洪水下泄速度较快;下游受到潮水的顶托作用,内河洪涝水无法外排入海,洪涝灾害频发。城市化的进程也改变了原有下垫面的产汇流特性,既不能采用原有天然流域设计洪水计算方法,也不能采用城市排水的计算方法。论文针对快速城市化中的滨海山丘区的特点,分析了城市市政排水计算公式、水利推理公式和非恒定流法之间的区别,提出了利用推理公式、管道汇流和非恒定流法相结合计算小流域设计洪水的方法。以赣榆县柘汪-石桥片区为例,分别采用上述3种方法计算其设计洪水。结果表明:非恒定流方法的计算结果比推理公式方法小,该方法比较符合滨海山丘区的洪水特性,可为城市建设和河道规划提供依据。     

小湾工程水垫塘优化布置的试验研究

运用紊流射流理论、基层冲刷平衡深度理论和放大岩块法，对“九五”科技攻关子题：“小湾工程水垫塘优化布置动床模型试验研究”进行了详细、深入和系统的试验研究，认为小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速１０￣１２ｍ／ｓ的前提下，采用“护坡不护底”方案不仅是可行的，而且将产生显著的经济效益。通过基岩冲刷，改变二道坝高度和水垫塘边坡的系统试验研究，并结合水力计算和分析，提出了一种优化水垫塘体型－勺型水垫     

我国高坝泄洪消能新技术的研究和创新

60年来,特别是改革开放30多年来,我国的水利水电建设事业得到飞速发展,建成和在建一大批具有世界级水平的大型水利枢纽,为了满足工程建设的迫切需要,向设计提供技术先进、安全可靠的泄洪消能方案,促使我国在高水头大流量泄洪消能技术和高速水流的研究方面达到世界领先水平。本文重点评述我国在高水头、大流量泄水建筑物泄洪消能方面所取得的一些重要研究成果,包括宽尾墩联合消能工、窄缝挑坎消能工、高拱坝水垫塘消能、内消能工和高水头泄洪隧洞掺气减蚀等若干新的研究成果。     

稳定河床水位流量关系单值化原理

采用数理计算方法建立流量与综合落差、稳定流流量计算公式，从而使受洪水涨落和变动回水影响的非单元值的水位流量关系单值化。为精减测次、简化外业洲验，水文预报、水文及整编工作电算化提供了新的分析手段。