消力戽起戽水深计算

作者推得一种较为简便且精度足够的消力戽起戽水深计算方法,简述于后。基本假定及推证当流量一定时,过戽水流的流态随下游水深而变。当尾水较低时,出戽水流呈挑射状态。当下游水位逐渐增加时,出戽水舌底部因受尾水的顶托,所受到的法向压力逐渐加大,迫使水舌向上弯曲,弯曲的水舌对尾水界面产生动水压力。当尾水上升到某一定     

竖缝式鱼道180°转弯段的水力特性与改进研究

受布置型式与地形地质条件等因素的限制,大部分鱼道工程需要设计为折返型,而水流方向改变角度为180°的转弯段,是最能充分利用场地条件、节省空间的布置方式.目前,针对180°转弯段水力特性的研究成果鲜见报道,缺乏成熟完整的设计方法可资借鉴.采用数值模拟方法,对180°转弯段的水流流场进行了计算研究.结果表明,主流区水流紧贴边墙流动,并出现尺度过大的回流区.为改善上述不利流态,提出了增设整流导板的改进措施,并对水流流态改善前、后的水力特性进行了对比研究.研究表明:增设整流导板后,主流区基本位于转弯段的中间部分,主流衰减效果显著;弯段上游回流区的尺度大小、流速值与常规水池相当;弯段、弯段下游回流区的尺度减小,流速值明显减小.     

明渠水流交汇区流动特征试验研究

天然河流中存在着大量的主支交汇河流,在干支流交汇处,水流结构变得十分复杂。通过水槽试验,应用声速多普勒测速仪（ADV）,观测了入汇角为30°时,支流斜接主流入汇型河道的三维水流结构。试验表明：入汇上游受支流顶托影响,产生一定的壅水,出现低速区,而对侧由于束水作用产生高速区。在入汇一侧下游较短的距离,产生回流现象,并形成分离区,而在下游一定范围内,靠支流入汇侧出现水流高速区,并形成二次流结构。交汇区水流流动主要有水流分离区、高流速带、低流速带及剪切面等。     

某抽水蓄能电站拦沙库泄洪排沙系统的水力特性研究

以某抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞为研究对象,利用相似理论建立了比尺模型,该模型通过了河道阻力试验验证。试验中,观测了不同水力条件下的洞内水流流态、水面线、流速、消能状况以及下游护岸冲刷情况。试验观测结果表明,泄洪排沙洞进口流态平顺、泄流能力及隧洞段流态均满足设计要求,但陡坡扩散段以下的急流涵洞段出现水跃闷洞、明渠深度不足、出口扩散段不能集中拉沙等问题。基于调整纵坡、协调各段输水能力、抑制水跃强度的修改思路,进行了优化修改试验。经多次比对试验,最终确定了优化修改方案,解决了涵洞段与明渠段水流衔接的协调性。修改方案较合理地控制了洞内水深,消除了明流洞水跃壅塞现象,改善了洞内流态;同时,增设扩散段输沙槽,有效提高了小流量集中拉沙的能力,满足了不同水流条件下的泄流安全要求。该研究成果对类似工程设计与安全运行具有一定的参考价值。     

堆积体作用下的河道冲淤规律

受地震、暴雨的影响,破碎的山体易发生滑坡、泥石流等,在河流岸边形成堆积体,改变了河道水流边界条件,引起堆积体附近的河道冲淤变化。本文通过动床水槽试验,结合前期堆积体定床试验研究成果,研究了堆积体附近河床变形与堆积体附近流速分区的对应关系,探讨了不同来流条件下受不同堆积体作用的河道冲淤范围、最大冲坑位置等的变化规律。得到以下主要认识：(1)受堆积体作用,靠近堆积边缘线略下游侧一般将形成明显的冲坑,淤积主要则集中在堆积体下游回流区;（2）河道的冲淤范围随堆积体尺度和来流流量的增加而增大;（3）堆积体附近水流的挤压,绕流掺混是形成堆积体附近河床变形的主要原因,水流的扩散调整则影响冲坑出现的位置。（4）最大冲淤位置主要受流量影响,而最大冲淤位置的间距则主要受堆积体尺度的影响。     

陡坡沟道强输沙汇口堆积形态演变试验研究

基于系列模拟试验,研究了在强降雨条件下陡坡沟道强输沙过程在河道交汇区形成的堆积体演变特性。结果表明：堆积体的发育过程同沟谷主流位置变化同步,主流变化的次数与雨量呈正相关,与雨强呈负相关。堆积体的长度和厚度与降雨量呈正相关,各纵断面比降变化规律受堆积体附近水流结构（壅水区、回流区及高流速区）的影响,即沿沟口轴向断面的比降最低,左右两侧的断面比降最大。受试验中堆积体为多次发育的影响,沟口纵断面易形成多元堆积体结构;最后,堆积体的特征纵剖面呈锲形,而横剖面多呈现多峰状态。     

表孔、底孔联合泄洪流场数值模拟与冲刷趋势分析

摘 要： 【目的】为了优化泄水建筑物的体型与布置方案,探索流场分布与下游河床局部冲刷间的关联性。【方法】结合某大型水电站表、底孔泄洪设施的物理模型实验,基于标准 湍流模型、VOF自由表面捕捉技术,对其联合泄洪三维流场进行数值模拟研究,获得了表孔溢流坝面,底孔及消力池内的流速,水面线,压力等水力特性。通过与水工模型试验结果对比,分析流场结构与下游河道冲刷形态间的关联机制。【结果】结果表明：原设计方案消力池内水流波动大,流场紊乱,出池水流二次跌落大且主流下潜河床,横向扩散不充分。相应的物理模型上,下游发生了严重的冲刷,冲刷最严重的右岸岸坡及表孔左导墙下游,恰好是右岸主流贴岸及左岸回流压迫区。通过改进消力池体型,保留低孔与表孔消力池间施工导流墙等措施,显著改善了消力池及出池流态,出池水流二次跌落减小,下潜程度大为减弱,出池主流水平扩散较为充分,横向挤压等得到充分的抑制。相应地河床冲刷的范围及深度均大为减小,特别是原方案底孔侧对应右岸区域几乎没有发生冲刷。【结论】可见,在局部冲刷模拟还很不成熟的情况下,可以基于流场分析的办法对下游河床冲刷进行趋势性分析,进而指导泄水建筑物的布置与体型优化。     

弯曲型河道水流流速分布及阻力试验

弯曲型河道水流运动规律及阻力特性在水利工程许多领域中占有十分重要的位置.对正弦派生曲线、梯形断面的连续弯曲型河道开展了物理模型试验,采用日本ACM2-RS型X-Y方向2轴电磁流速计对水流流速进行了测量,并对水流阻力进行了分析.结果表明,弯顶水流纵向时均流速分布接近抛物线型,最大流速点位于上部水面以下,整体上大下小,而顺直过渡段水流纵向时均流速分布最大流速点位于底部,整体上小下大;弯道段纵向垂线平均流速横向分布沿程依次为自由涡、均匀流及强迫涡分布;弯顶中垂线水流横向环流随流量、水深的增大而增大,零流速点的相对水深值大致在0.4～0.6范围以内;弯曲型河道水流阻力系数随着过水断面平均水深、水力半径的增大而增大,随着过水断面宽深比的增大而减小.     

深溪沟与白沙河交汇区水流运动3维数值模拟

河流交汇区干支来流的混掺作用,致使该区域水流结构呈现显著的三维特征。基于都江堰深溪沟与白沙河交汇河段的物理模型资料,利用三维数值模拟技术,探讨了深溪沟与白沙河交汇区的水流结构特性。结果表明：干流汇口处断面的水面线在入汇右侧出现突变,下游附近水面线呈现左岸高于右岸的趋势;支流流量越大,交汇区下游断面的流速就越大,水位就越低;无论支流是否来流,在交汇区入汇下游右岸附近都会形成不同范围的水流分离区,各流量组合条件的分离区顶端形状变化明显,且分离区的几何尺寸参数随水位高程的降低而减小。     

挟沙水流试验研究

通过开展挟沙水流试验,对河槽断面的纵向时均流速横向与垂向分布、瞬时流速频率分布、紊动强度垂向分布规律进行了研究,最后分析了断面宽深比对张瑞瑾公式的影响.得出如下结论:在相同横断面面积、流量情况下,随着断面宽深比的减小,准二维流动的中心区所占河宽比例减小,断面流速分布更加趋中;挟沙水流主流区流速垂向分布基本上仍然符合对数分布,随着含沙量的增大,卡门常数k有减小的趋势;中垂线上各点瞬时流速频率分布基本上符合正态分布;靠近水面处紊动强度最弱,紊动强度随相对水深的减小而增大,随后紊动强度随相对水深的减小而减小;随着断面宽深比的减小,张瑞瑾公式中的系数呈增加的趋势,流量幂指数呈减小的趋势.     

堆积体作用下水流水力特性变化试验研究（研究生论坛）

河道中存在堆积体时,水流水力特性将会改变。为分析堆积体不同阻水作用下的作用机理,本文进行了水槽试验。通过对床面比降、堆积体尺度和上游来流条件的控制,研究了不同堆积体尺度条件下的水位变化,分析了堆积体对附加比降的影响,探讨了堆积体附近水流流态的变化规律。结果表明：河道比降相同时,流量越小、堆积体尺度越大,壅水高度和影响范围越大。其它条件相同时,随着河道比降的增大,水流从缓流向急流发展,附加比降值随堆积体尺度的增大而增大;但达到急流条件后,水面附加比降随堆积体尺度增大反而有减小的趋势。     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

龙开口水电站的泄洪消能防冲试验

龙开口水电站泄洪流量大且坝址处主河床狭窄,泄水建筑物布置在主河床,电站置于右岸紧靠泄水建筑物.对于此类工程,消能防冲是主要问题.以水工模型试验为手段,通过多个试验方案,研究了溢流坝和泄洪中孔的消能效果、挑射水流消能后与下游河道水流衔接问题、下游河床及两岸的冲刷情况以及电站尾水出口水面波动情况.经对比分析并综合考虑消能防冲与发电相互影响因素,提出最优枢纽布置方案和泄水建筑物结构型式,另外也为岸坡防护提供了一定的依据.研究成果对大流量窄河床条件下的重力坝泄洪消能工程设计和同类型模型试验具有一定的借鉴意义.     

断面曲率半径对海底浊流的影响

基于雷诺平均的纳维尔-斯托克斯模型,三维数值模拟研究海底浊流在断面顶宽相同、但曲率半径不同的2个圆弧形弯曲渠道内的流动及沉积。结果表明:断面曲率半径大、边坡平缓渠道内的浊流更易在弯道顶点及其下游处发生溢流,而断面曲率半径小、边坡较陡的渠道浊流更易对边坡形成侵蚀,使浊流在渠道内流至下游时依然保持较高的流速及强度;经多次浊流事件的侵蚀及沉积,圆弧形的渠道渐渐向不对称的梯形转换;提高流向坡度会改变弯道顶点中心处二次流的方向。     

交汇角度对黄河上游高含沙交汇区淤堵影响的试验研究

黄河上游支流——十大孔兑的高含沙洪水在入黄交汇区形成沙坝、淤堵干流的过程是一种典型的干支流交汇现象,对交汇区河床演变、防洪和工农业生产有重大影响,因此研究减轻高含沙交汇区沙坝淤堵的治理措施是一项十分必要和迫切的工作。本文通过模型试验研究了干支流不同交汇角度对孔兑与黄河高含沙交汇区沙坝淤堵规模的影响。模型试验以产生的高含沙洪水淤堵黄河干流次数最多、危害最大的孔兑之一——西柳沟与黄河交汇的干支流河段为模拟对象,采用黄河高含沙水流动床模型相似律进行模型设计,选取90°、60°、30°和15°作为试验交汇角度,分别开展了清水和浑水交汇试验,获取交汇区水流分区特性和沙坝淤堵规模特征。研究结果表明：随着交汇角增大,支流对干流的顶托作用增强,交汇口上游壅水区流速逐渐减小,水深增大;交汇角较小时交汇口下游形不成回流区,交汇角增大到30°以后回流区形成并随交汇角增大而增大,伴随着高流速带向对岸移动;壅水区和回流区沙坝尺度随交汇角增大而增大,交汇角较小时形不成壅水区淤积体和回流区淤积体,但易形成交汇口对岸淤积体,其尺度随交汇角增大而减小,与回流区淤积体互为消长。交汇口以上主槽的淤堵由壅水区淤积体构成,交汇口下游主槽淤堵由回流区淤积体和对岸淤积体共同构成,当交汇角为30°时交汇口上下游主槽总体淤堵规模最小。从河道淤堵规模和河岸稳定方面综合分析认为,在现状河道和水沙条件下,30°是有利于减轻孔兑与黄河高含沙交汇区淤堵的较优交汇角,这对交汇口河道整治具有重要指导作用。     

龙开口水电站的泄洪消能防冲试验

龙开口水电站泄洪流量大且坝址处主河床狭窄,泄水建筑物布置在主河床,电站置于右岸紧靠泄水建筑物．对于此类工程,消能防冲是主要问题．以水工模型试验为手段,通过多个试验方案,研究了溢流坝和泄洪中孔的消能效果、挑射水流消能后与下游河道水流衔接问题、下游河床及两岸的冲刷情况以及电站尾水出口水面波动情况．经对比分析并综合考虑消能防冲与发电相互影响因素,提出最优枢纽布置方案和泄水建筑物结构型式,另外也为岸坡防护提供了一定的依据．研究成果对大流量窄河床条件下的重力坝泄洪消能工程设计和同类型模型试验具有一定的借鉴意义．     

小宽深比条件下弯道水流特性的试验研究

在弯道水流中,几何参数宽深比对水流的3维运动特性具有重要影响。由于小宽深比（< 5）河道广泛存在于山区及人工河道中,采用声速多普勒流速仪（ADV）对固定宽度不同宽深比（B/H 分别为1.5,2.0,3.0）的U型弯道内水流流速进行了精细测量,并以水面横比降、横向环流、流速重分布、紊动强度与剪切力为研究内容,讨论与分析了该情况下的弯道水流结构。试验结果表明,在小宽深比条件下增加宽深比时：1）水流动力轴线开始向凹岸偏移的位置提前,因而小流速主流线沿着凸岸流动,直到出弯道才开始向凹岸偏移,大流速则更早地向凹岸偏移;2）横向流速在凹岸开始波动的位置依次靠近上游,3种工况中波动位置分别为120°断面、90°断面及60°断面;3）凹岸表层附近出现次生环流的位置依次提前,其位置分别为120°断面、60°断面及30°断面,并且次生环流强度及范围不断增大;4）床面剪切力不断增大。需要指出的是：3种工况的剪切力在弯道入口断面到弯顶断面之间较大,最大剪切力位置均出现在弯道的前半段,可以推断在动床中弯道泥沙在此段的冲刷比较严重;过弯顶断面后,凸岸床面剪切力大于凹岸。试验结果可以有效地反映不同小宽深比参数对弯道水流结构的影响,并为该条件下的弯道泥沙冲淤研究提供参考。     

向家坝二期截流设计及施工

向家坝水电站二期截流流量大、河床覆盖层深厚、龙口流速较大、抛投强度高,截流施工难度大。根据工程特点采取上游单戗双向进占的截流方式,以右岸进占为主,左岸为辅,龙口平抛护底。通过水力学计算成果,预留龙口宽80m,龙口分3个区进占,采取合理的堤头进占方式,保证抛投强度,确保了二期截流一举成功。