中型拱坝表孔大单宽流量泄洪消能形式的研究

以龙潭嘴水电站工程整体水工模型试验资料为依据,采用表孔高低坎+二道坝研究了中型拱坝表孔大单宽流量泄洪消能形式。通过调整边、中表孔挑坎的位置高程及挑角来实现三孔水舌上下对撞和横向扩散碰撞消能。为达到水舌落点纵向拉开的目的,增大中表孔溢流曲线的长度,使中边表孔挑坎在纵向上形成差动。试验结果表明,在该消能形式布置下,水舌纵向拉开、横向扩散充分、对冲明显,同时在水垫塘内充分翻滚消能,对下游河道减轻了冲刷,消能效果较好。     

基于碰撞水舌入水分布形态的泄洪布置优化方法及应用

鉴于挑流水舌碰撞效果关系到水垫塘消能效率且其碰撞入水形态复杂难以测量的问题,根据挑流水舌的形态特点,提出应用二维高斯函数表示挑流水舌碰撞后入水流量分布形态规律。应用该方法计算了白鹤滩水电站泄洪水舌落水分布情况,并针对局部流量集中的现象优化了泄洪孔口布置,改善了泄洪流量空间分配。物理模型试验证明,水垫塘动水压力分布形式与所提算法计算结果较为吻合,且优化后的泄洪孔口布置方案有效降低了水垫塘动水冲击压力,可用于指导泄洪消能布置的设计。     

某水电站泄洪消能试验研究

针对某水电站大坝坝址河谷狭窄、水头高、洪水峰高量大,致其泄洪消能措施复杂的问题,通过1∶100水工整体模型优化坝身泄流建筑物体型,表孔采用单边扩散加齿坎,中孔采用平底型及上翘型。模拟结果表明,优化方案实现了各孔水流在跌落下降过程中的碰撞扩散消能,有效减小了下泄水流射入水垫塘的动水压力,底板冲击压力由284.5kPa下降到137.3kPa以下,较好地解决了泄洪消能问题,保证了大坝和消能建筑物的安全。     

高拱坝无碰撞泄洪表孔水舌纵向拉伸方法试验研究

为实现峡谷中高拱坝表、中(深)孔无碰撞消能,需在坝身孔口布置中引入收缩式消能工,但表孔水头低,出口流速低,单一措施很难实现水舌纵向拉伸。对此,采用1∶50整体水工模型试验,通过设置三种表孔出口体型,研究了某高拱坝表孔水舌纵向拉伸方法。结果表明,除宽尾墩外,楔形体应用于高拱坝表孔也可实现水舌纵向拉伸;调整表孔底板坡度可为水舌纵向拉伸创造条件,对表孔底板出口进行一定尺寸透空可进一步纵向拉伸并稳定水舌;随着水舌纵向入水长度的增加,流量分布更均匀,水垫塘底板冲击压强峰值亦随之减小。     

高坝泄洪诱发环境噪声试验研究

针对原型高坝大功率泄洪引起的噪声影响范围广、难以定量评估的问题,采用大尺度水工模型量测泄洪消能时的噪声场,根据噪声场的主要声源建立了噪声强度概化模型,对试验数据回归分析得出泄洪水舌入水时的辐射声功率。试验结果表明,水舌入水时辐射声功率与水舌入水角度有关,入水角度越小,辐射声功率越大;挑流水舌入水角度随着泄流量增大而逐渐减小,挑流水舌辐射声功率随着泄洪功率增大而呈抛物线增长。     

瓦村水电站溢洪道体型优化试验研究

针对瓦村水电站溢洪道出口水流挑距过大、水舌空间扩散效果不佳、入水区域集中、泄洪消能效果差及泄槽内水翅现象严重等问题,采用比尺为1∶60的正态物理模型对溢洪道体型进行优化试验研究。结果表明,在闸墩尾部加设尾墩,使泄槽段水流流态有了极大的改善,水流平顺,基本上消除了水翅现象;采用连续燕尾挑坎使溢洪道出口水舌合理归槽,空中扩散效果良好,解决了入水集中的问题,消能效果较好,所提挑坎布置形式可供相关工程参考。     

黄登水电站燕尾型挑坎挑流消能适用性试验研究

针对黄登水电站泄洪消能原方案存在的问题,通过1∶50整体水工模型试验,研究了传统挑坎（窄缝坎、扩散坎、斜切坎）与新型燕尾坎在黄登水电站表、底孔上的适用性问题,分析了燕尾坎对挑流消能的影响。结果表明,与传统窄缝坎相比,燕尾坎对上游来流的适应性更好,挑坎边墙的动水荷载小,在拉近最近挑距、避免对右岸边坡和下游围堰堰脚冲刷的同时,减小了电站尾水区附近水流的波动,水垫塘内底板基岩的冲淤结果满足“护坡不护底”的要求,可供类似工程参考。     

倾斜底板角度对侧向挑入消力池的岸边溢洪道的影响

针对岸边溢洪道从侧面挑入与之平行布置的已有消力池来消能的布置形式,采用数值模拟方法研究了不同倾斜底板角度及挑坎与消力池间高差的溢洪道水力特性及消力池内的水流流态等。结果表明,随着挑坎底板倾角的逐渐增大,水舌左支流量逐渐减小,右支流量逐渐增大,挑坎所受最大压强与挑坎内最大水深均逐渐减小;消力池底板最大压强逐渐增大,但最大冲击点位置逐渐向消力池右侧及上游区域移动,即消力池左侧边墙与尾坎逐渐不受冲。     

窄河谷大夹角挑流消能工体型优化研究

针对窄河谷大夹角条件下挑流消能易出现冲击两岸、冲坑过深的问题,采用水工整体模型试验方法对具有代表性的某水利枢纽深孔放水冲沙洞挑流鼻坎体型开展优化研究,并对比分析了水舌形态和下游河道冲刷特性。结果表明,不对称收缩的异型窄缝式消能工可使水流在狭窄河道归槽,水舌纵向拉伸效果较好,大幅减轻了河床冲刷;提出了收缩比、收缩角差、斜切面积比等特征参数适宜的挑流消能工体型,可供窄河谷大夹角条件下挑流消能设计参考。     

跌坎底流消力池在某高水头闸坝工程中的应用

针对高水头、大单宽流量闸坝工程消能问题,在分析传统底流消力池体型的基础上,提出将跌坎型底流消力池应用于高水头闸坝工程,并结合实际工程进行了水工整体模型试验,研究了消力池及下游河道水流流态、流速分布、下游河道水面线、河床冲刷情况。结果表明,跌坎底流消力池不仅体型简单、施工难度小,且在各种运行工况下均能获得稳定的流态及较高的消能率,可较好地解决高水头闸坝泄洪消能问题。     

排水洞出口斜交河道挑流鼻坎优化研究

因工程布置需要,某水电站渣场排水洞与出口河道以60°夹角斜向上游相交,可能导致河道岸边涌浪过大、流速过快等问题,对此提出了扩散式舌形坎这种新型挑坎形式。在1∶25的水工物理模型上对燕尾坎、舌形坎及扩散式舌形坎进行试验研究,对比分析了3种挑坎体型的水舌入水形态、岸边流速、河道涌浪高度等参数,试验结果表明扩散式舌形挑坎具有横向扩散宽度大、挑距适中、挑射水流对下游河道影响小等优点,可有效解决洞轴线与出口河道大角度斜交情况下的水舌落点控制及消能问题,具有较好的应用前景。     

拱坝弧形分流墩鼻坎优化试验研究

针对某工程挑流消能对下游河道冲刷破坏严重的问题,采用水工模型试验方法,提出在表孔反弧段增加弧形分流墩的优化方案来解决消能问题。通过对优化前后两种方案的试验数据对比,深入分析了不同工况下弧形分流墩过流时的水流流态和对下游的冲刷特性。结果表明,弧形分流墩方案的溢流坝表面流速稳定,未出现负压,过流能力良好;弧形墩能较好地分散水流,控制水舌的入水方向,使水流在空中发生横向碰撞,消能效果明显。     

拱坝挑流坎消能特性数值模拟研究

针对尚甘尼拱坝挑流消能的问题,传统的水工模型试验方法受成本影响,其试验方案数量有限.为此,采用Flow-3D流体计算软件,基于RNG κ-ε湍流模型及VOF方法,建立了拱坝挑流消能计算模型,同时,结合物理模型试验结果,率定模型参数.在此基础上,对不同工况挑流坎泄流进行了三维数值计算,通过分析挑流水舌流态及挑射距离、下游...     

斜鼻坎挑流消能在黑石罗水库的应用

针对黑石罗水库现状连续式鼻坎消能效果较差,可能威胁河床及岸坡稳定的现状,通过水工模型试验,将挑流消能连续式鼻坎优化为斜鼻坎,即将鼻坎挑射角度由定值调整为渐次增大,同时偏转大角度挑射一侧反弧段边墙至泄槽轴线位置,去除小角度挑射一侧边墙及部分反弧段底板,迫使出坎水舌在平面上转向的同时沿竖向大幅拉开,在保证出射水流平顺归入河床的同时,增大挑射水流和空气的接触面积,最大限度消除水体能量,从而降低水股对落点的冲刷,达到保护河岸及相邻建筑物安全的目的。试验结果表明,斜鼻坎可以很好地适应狭窄地形条件,有效降低挑射水流对鼻坎下游的冲刷。研究成果为类似工程提供了参考。     

乌江东风水电站溢洪道水力设计的试验研究

本文通过半整体水工模型试验对其溢洪道水力设计中存在的问题进行了试验研究,采用了带急弯的曲面贴角窄缝挑流鼻坎并结合该工程的具体特点对其进行了局部修改后,较好地解决了该溢洪道水舌导向与消能防冲问题,并且大幅度的降低了出口边墙高度,方便了设计与施工,该成果已被设计单位采用.     

龙开口水电站冲沙底孔泄槽段掺气设施试验研究

以龙开口水电站冲沙底孔泄槽段为例,针对常规掺气设施不能确保掺气效果问题,基于原设计方案提出了2个优化方案,并通过水工模型进行了试验和比较分析,确定了较合理的掺气设施。结果表明,有压出口底部采用突跌掺气并加设挑坎,泄槽段采用坎槽结合式的掺气形式,掺气减蚀效果较好。     

超深层挡水放空洞复杂体型高速水流水力特性数值模拟

针对某水电站超深层挡水放空洞复杂体型,利用3D紊流数值模拟方法,采用VOF方法追踪自由水面,对泄流能力、沿程水面线、流速、压强等水力特性进行了数值模拟分析。结果表明,该放空洞结构泄流能力满足设计要求,设计体型基本合理,有压洞转弯段出现严重的偏流,需对该段体型进行优化;弧形闸室后部两侧突扩结构最小负压0.1MPa,结构易发生空化空蚀,建议减小突扩结构尺寸,延长侧墙长度,尽量减小侧墙坡度;消能工段出口底板部位最小负压为0.1MPa,建议取消挑坎末端水平段,使水流直接挑出。     

陡峭建基面溢洪道挑坎动力稳定性分析

以建于陡峭建基面上的溢洪道挑坎为研究对象,针对工程运行中的水流脉动问题和可能的地震作用,利用三维有限元和刚体极限平衡理论相结合的方法,研究了挑坎的动力稳定性。计算结果表明,建于陡峭建基面上的溢洪道工程侧向稳定是抗滑稳定的薄弱环节,提出的加固措施对提高工程的抗滑稳定效果较好,为类似工程的设计与建设提供了借鉴和参考。