EXPERIMENTAL STUDY ON CAVITATION AND WATER-WING FOR MIDDLE-PIERS OF DISCHARGE TUNNELS

1. INTRODUCTION Discharge tunnel ,specially , deep-water one , is a sort of usual flood discharge structure with pressure flows in the inlet section,followed pres- sure flows or free flows ,and is used in flood dis- charge or emptying a reservoir , and/or washing sands .For deep-water tunnels ,the designs were u- sually adopted of the manners of the shaft ,of the inclined sectionin the inlet or in the outlet ,called visually as “Dragon up one’s head”or “Dragon down one’s tail”in Chi…     

EFFECTS OF HYDRAULIC AND GEOMETRIC PARAMETERS ON DOWNSTREAM CAVITY LENGTH OF DISCHARGE TUNNEL SERVICE GATE

Aerators on discharge tunnel outlets may be regarded as an effective protection against cavitation erosion. The air entrainment of aerators is governed by a number of independent parameters, including the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel downstream of service gate, the end top slope of pressure tunnel, the height of step, and the Froude number at take-off. During eight phases of experiments, the effects of above-mentioned parameters were observed on the cavity length downstream of the fully open operating service gate of a discharge tunnel. The results show that, the bottom slope of releasing free-surface flow tunnel has obvious effect on the cavity length as well as the Froude number at gate take-off. The effect of the step height variations on the cavity length could be considered for higher discharges and steeper tunnel top slope, particularly in higher discharges, resulting in shorter cavity length downstream of service gate.     

泄洪洞工作闸门局部开启的数值计算

就泄洪洞工作闸门局部开启的情况进行数值模拟计算,对泄洪洞出流处底掺气空腔长度与试验进行校核。     

岸边泄洪洞最大泄量的估算方法

大型水电站泄洪洞单洞泄洪规模是关乎枢纽布置、泄洪安全、以及工程投资的重要技术指标,以往未见量化研究报导。本文从计算泄洪洞挑流水舌挑距与下游河道冲刷深度出发,建立了泄洪洞泄量与下游河道宽度、泄洪洞布置轴线与下游河道夹角、基岩抗冲能力以及泄洪洞运行方式等指标之间的量化关系,对白鹤滩、小湾、溪洛渡、锦屏一级泄洪洞分别进行了定量估算研究,所得结果与工程实际以及相应的设计方案基本一致,表明该估算方法具有较高的可靠性,可用以估算待建工程泄洪洞最大泄量或对已建工程泄洪洞泄洪规模的合理性进行评价。     

HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF PARTIAL OPENING OF THE WORKING GATE FOR A DISCHARGE TUNNEL

The partial opening of the working gate for a discharge tunnel is used more and more widely in the various conditions, such as releasing discharge to meet the needs of the various stages under construction, or of the operations at low reservoir levels. In this article the hydraulic characteristics were investigated of the partial opening of the working gate based on the physical model experiments of the discharge tunnel for the Longtan Hydropower Project, including the discharge coefficient, the surface profile of the free flow section, the bottom pressure distribution of the tunnel with an aerator, the cavity length just from the ramp, and the wall pressure of the curve section of the outlet. Some new issues were discussed and the properties were presented of the partial opening of the gate.     

河曲引黄灌溉工程隧洞竖井施工设计

河曲引黄灌溉工程有一条长3345m的隧洞。为了这条施工隧洞的通风和排烟,需要开挖三条通风竖并。文中叙述了竖井的设计、通风竖井断面的支护方法和其施工过程。     

黔中水利大山哨隧洞岩溶水文地质条件分析

大山哨隧洞是黔中水利枢纽工程桂松干渠起点,隧洞全长8610m,为桂松干渠的控制性工程。由于工程地质条件为岩溶地质,所以必须加强对其水文地质条件的分析。以黔中水利枢纽工程桂松干渠大山哨隧洞为例,阐述了隧洞开挖抽排水对环境地质问题的影响,并对其进行补、排、径流关系分析。     

溢洪道闸墩后水翅的水力特性及消减措施研究

为研究如何避免溢洪道泄洪过程中,闸墩后生成的水翅会给泄洪安全带来诸多不利的影响。本文利用量纲分析和物理模型试验方法,对溢洪道闸墩后水翅的水力特性和消减措施开展研究。试验结果表明,影响水翅长度和高度的主要因素有闸墩尾部出口处的弗劳德数Fr_0、溢洪道坡度i、闸墩宽度等;在相同泄流条件下,若泄槽坡度变小,水翅长度也随之减小,而水翅高度却相应增加;当弗劳德数Fr_0介于2.3与2.8之间时,闸墩后的水翅长度和高度均显著增大。试验还发现水翅的长度、高度与闸墩后泄流下跌角度α有关,当α增大时,水翅长度和高度也随之增大;当α较小时,水翅现象明显减弱或消失。研究结果为实际工程消除水翅现象提供了新思路,提出的复合式斜尾墩比传统四棱台型尾墩能更好地避免水翅发生,对改善溢洪道、泄洪洞闸墩后的水流流态具有参考价值。     

灌浆可以防止引黄工程土洞的渗漏

防止引黄工程土洞的渗漏是个重要问题。南干３＃隧洞的灌浆情况说明，实实在在地搞好灌浆足可以防止渗漏。     

竖井进流水平旋转内消能泄水道的泄量特性研究

本文从分析竖井进流水平旋转内消能泄水道的流态及影响因素出发，根据试验资料对其泄量特性进行了系统地分析与研究。研究结果表明：这种泄水道的流态、泄流量变化规律有非常明确的分区特性，不同的分区对流态与泄量的影响因素是不同的。本文在该分析的基础上给出了泄量的基本计算公式、流量系数的变化规律和泄量计算的经验公式。     

多隧洞输水工程进水口整流措施研究

多隧洞输水工程进水口控制段布置不合理往往会引起各隧洞分流不均,从而导致过流能力不足或空气进入有压隧洞的问题。以某水资源配置工程的倒虹吸为例,针对其进口控制段分流不均的现象,通过模型试验进行了分流墩、整流池以及底坎与整流池组合等整流措施的研究。试验成果表明:分流墩结构型式简单,利用其导向功能可较好地解决两洞分流不均问题;整流池通过改变水流的急缓流状态实现水流的横向均化,可达到多隧洞均匀分流的目的,但需要较长的池长,经济性略差;整流池与底坎组合措施横向均化水流的原理和效果与整流池相同,加设底坎可较大程度地缩短池长,其经济性较优。     

盘道岭隧洞除险加固工程糙率原型观测及过流能力分析

盘道岭隧洞为长距离无压隧洞(长15.723 km),因地层岩性复杂、地质条件恶劣,出现了裂缝、表面混凝土剥蚀、地下水外渗等安全隐患。于2013年9月实施了除险加固,在洞壁套衬了最小衬砌厚度为0.25 m的钢筋混凝土,减小了隧洞过水断面。加固后隧洞表面较原隧洞光滑,糙率有所减小。隧洞过流能力能否满足设计要求,糙率是关键,常规计算及试验难以满足精度要求,为此进行了原型观测。介绍了糙率原型观测的理论依据、观测手段及方法,并对各段观测糙率的合理性及泄流能力进行了分析。观测分析表明:疙瘩沟矩形明渠段、隧洞进口未加固段、隧洞进口加固段和隧洞出口加固段的糙率分别为0.013 07,0.015 49,0.011 16,0.010 52,结合观测断面内的水位测定值,分析得出盘道岭隧洞经除险加固后过流能力满足设计要求。观测成果可为类似引调水工程优化设计、节约工程投资提供科学依据。     

引水隧洞的浅埋暗挖法施工

南水北调中线北京城区段引水隧洞总长12．64km,设计流量30m^3／s。工程具有以下特点：①隧洞通过V类松软地层;②隧洞上覆盖层簿,仅为8m-12m;③洞线上城区建筑物密集;④洞线周围地下管网密集。针对上述情况,工程采用了浅埋暗挖法施工。文中具体介绍了施工方法及施工安全监测。     

上程水电站工程大田水库泄洪洞水工模型试验研究

论述了上程水电站工程大田水库泄洪洞的试验研究工作,通过水工模型试验,测定了有压隧洞和无压隧洞两方案的泄流能力,对隧洞进出口及洞内水流流态进行了观测,对无压隧洞方案的布置进行合理性分析和优化,对有压隧洞方案的可行性做出了评价.     

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

收缩式洞塞泄洪洞的消能和空化特性

本文结合某大型水电工程，采用试验和数值模拟相结合的方法，研究了洞塞泄洪洞的消能特性和空化特性。常压试验表明，通过设置两级洞塞及其他附属设施，整个泄洪洞总消能率超过了67.3%，两级洞塞的消能率达到36.0 %，洞塞的消能效果十分显著；减压实验表明，通过对洞塞体型的精细优化，泄洪洞有压段可以避免发生空化，洞塞本身具备一定的抗空化能力；通过数值模拟，揭示了泄洪洞有压段的流速场、压力场特性，直观地表明洞塞的突缩突扩作用形成了大体积的水流紊动，从而达到消能的目的。本文提出的洞塞体型及布置形式可供类似工程参考。     

洪家渡水电站泄洪隧洞优化设计

洪家渡水电站泄洪隧洞的设计优化，经多种设计方案的比较论证，优选出适宜于该洞自然条件和运行要求的方案三。该方案降低了洞高，减少了工程量，节约了投资。出口采用斜鼻坎挑流消能，对解决狭谷消能问题，减轻水流对下游两岸冲刷，减少高边坡开挖具有较好效果，同时也改善了施工和运行条件。     

吉音水利枢纽旋流泄洪洞起旋室体型优化试验研究

通过1∶30的水工模型对吉音水利枢纽竖井旋流泄洪洞起旋室的体型进行了优化研究,分析了起旋室局部体型修改对起旋室与旋流洞连接部位压力特性的影响。研究结果表明:在起旋室内导流坎末端采用削坡和采用1∶5收缩过渡体型与旋流洞相接体型,能有效避免过渡断面负压的产生和防止空蚀破坏。本研究成果对相关工程设计具有一定的指导作用。     

黄登水电站导流洞围堰残埂对截流的影响

通过对黄登水电站截流模型试验的研究,分析了导流洞进出口围堰残埂对截流的影响。主要从上游水位变化、截流过程中的水力学参数变化及截流抛投材料变化3个方面进行分析研究。试验成果表明:进出口围堰残埂在一定程度上增加了截流难度,且进口围堰残埂对泄流能力的影响较大;随着泄流量的增加,残埂对导流洞泄流能力的影响逐渐降低。因此,应尽量将导流洞进口施工围堰拆除到设计高程。     

龙抬头泄洪洞水力特性研究

结合某泄洪洞改建工程,利用三维紊流模型对不同进口高程的龙抬头泄洪洞水力特性进行比较研究。首先,利用龙抬头泄洪洞水工模型试验结果验证了数值模拟结果的可靠性。然后,针对四种进口高程的龙抬头泄洪洞,从泄洪洞泄流能力、水头损失及水流流态等方面进行了比较。结果表明,在保证各曲线段光滑平顺的前提下,进口高程对泄洪洞、水头损失及流态的影响不大。研究成果可为泄洪洞的设计提供依据。