不同引渠形式下深式短管进口泄流能力的试验研究

为研究红岩河水库导流泄洪洞深式短管进口引渠形式由明渠改成涵洞后对其泄洪能力的影响,对其在明渠和涵洞两种形式下分别做水工模型试验,验证其水力特性。结果表明,较明渠形式,涵洞形式下的导流泄洪洞同水位下泄流量有不同程度的减小,下泄流量减小在导流泄洪洞进口为压力流状态时表现明显,且减小值随水位的升高而变大;大坝度汛期100年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.35%;运行期100年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.51%;运行期2 000年一遇洪水时,试验下泄流量较设计下泄流量约小6.95%。建议在将红岩河水库导流泄洪洞深式短管进口引渠由明渠改成涵洞形式后,需关注导流泄洪洞的下泄流量减小问题,避免由于水库下泄流量不足引起的大坝安全问题。     

过水土石围堰下游冲刷计算及其模型试验

针对土石围堰过水时淘刷围堰堰脚和下游河床的问题,基于面流冲刷理论的计算方法,对围堰下游的冲刷及其相关水力指标进行了仿真计算;通过模型试验得到过堰水流冲刷产生的坑深、坑距以及水位、流速等水力参数,比较分析表明计算成果与试验成果吻合较好.同时发现当导流河床的特性和围堰结构型式使过堰水流产生收缩与不均匀分布,仿真计算相关水力指标值会略小于试验值.     

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。     

深孔有压隧洞平板闸门小开度闸后水力特性及 改善措施试验研究

深孔有压隧洞平板闸门小开度运行时,闸后水流侧收缩现象比较严重,流态较为复杂,需要采取一定的工程措施来改善闸后水流流态。基于物理模型试验与理论分析相结合的方法研究了不同导流坎坎高下的闸后水力特性。结果表明:闸后水流侧收缩现象随导流坎坎高的增加而减小,闸后水流水舌高度和水舌长度明显降低且底板负压基本消失,压强分布趋于均匀。但闸室导流坎坎高的增加对过流能力有一定影响,相对平底闸室,闸下过流能力随导流坎坎高的增加而减小,为避免影响过流能力,导流坎坎高不宜太大。     

陡弯束窄型溢洪道内水流的流态控制研究

通过模型试验,对一具有复杂边界条件的溢洪道内水流的流态进行研究.比较了多种流态控制方案,提出了在泄槽的恰当位置增设贴底横坎的工程措施,该措施破坏了水流冲击波的迭合,有效地控制了泄槽的流态.     

泄洪闸三维流态CFD优化分析

采用最新CFD方法对具体工程泄洪闸水流流态进行模拟分析.先给出了数学模型和计算方法;然后结合模型实验成果,用CFD详细分析了泄流能力与水面线、压力、流速等流场参数的规律性,弄清了不良流态的原因;进而提出加大侧墙弧度以消除吸气漩涡及加大孔口断面避免脱流的措施,通过3个方案对比分析验证了其效果,并得出最佳方案的泄流能力、进水口流态及泄槽内流态、压力和速度的分布规律.     

闸孔出流水流特性数值模拟

闸门是一种控制水位和流量的建筑物,其出流特性与出流计算是工程水力学中颇为关注的问题.对淹没出流条件下冲刷坑形成过程中,闸孔出流的泄流能力、冲刷坑内水流流态及机械能的变化尚未开展研究,通过数值模拟对此进行了探讨,得到如下成果:1)在闸孔出流过程中,伴随着河床底部边界的变形及水跃的调整,过闸流量有变化但变化很小;2)在闸孔出流过程中,冲刷坑内的回流形态不断调整,重汇点位置也从冲刷坑形成初期的最大冲深位置下游不断回缩,直至与最大冲深位置相当;3)在闸孔出流过程中,伴随着河床底部冲刷的发展,闸门下游急变流段水流运动的总机械能损失是朝着减小的方向调整的,且机械能损失系数随冲刷时间不断减小趋于某一定值.     

高坝竖井泄洪洞、龙抬头放空洞与导流洞"三洞合一"优化布置研究

通过深入的试验研究和理论分析,表明竖井泄洪洞的泄流能力受平底闸过流能力,竖井尺寸和涡室进口的控制。给出了放空洞泄流能力和最低运行水位计算公式,竖井内壁压力特性与洞径的关系,不设通气井而实现通气和排气问题。泄洪洞与放空洞结合部的边墙分别向内偏转,其后在洞顶没迎水面为圆弧的折流坎,能有效改善水流流态,且大大降低了施工难度。     

巴山水电站溢洪道导水墙体型优化试验研究

为改善巴山水电站溢洪道进水渠流态、提高泄流能力,通过一系列试验优化了溢洪道引水渠左导墙头部曲线型式.结合工程实际和以往经验,比较了9种进水口曲线型式的试验结果,确定了长短轴黄金分割比的椭圆弧面的方案.进一步的试验证明了该方案无论在流态上还是在泄流能力方面都达到了令人满意的效果.     

桐子林导流明渠体型优化数值模拟研究

针对大单宽流量导流明渠体型优化难度高,下游消能防冲设计困难,物理模型难以详细测量水流流态和冲刷特性等主要问题,采用紊流数学模型方法对不同体型明渠水流流动和下游天然河道流场进行了3维数值模拟.结果表明,计算值与试验值吻合良好.通过对比3种体型下明渠的流速分布特性和冲刷特性,获得了模型试验难以测量的流场详细信息,为明渠的体型优化提供了重要参考.研究表明,将数值模拟技术应用于导流明渠的体型优化研究中具有独特优势.     

三峡水库蓄水后关洲河段河势调整对松滋口分流影响

关洲河段属典型的主流年内交替型分汊河道,地处三峡大坝下游,受三峡水库蓄水运用带来的水沙变异影响,河道冲淤响应较早,但因河床组成差异呈现出不同于沙质河床的河势调整规律。松滋口作为分泄长江水沙进入洞庭湖的重要通道,其分流特性变化与上游关洲河段河势调整密切相关,但三峡水库蓄水运用后两者的影响关系研究相对不足。本文基于近10年来的河道实测资料和水文观测数据,分析了三峡水库蓄水运用以来关洲河段的河道演变特点;从关洲河段河道冲淤、左汊发展和左汊主汊的维持时间等三个方面研究了上游河势调整对松滋口分流的影响。研究成果表明：三峡水库蓄水运用以来(2002.10~2013.11),关洲河段河道枯水河槽冲刷幅度较大,冲刷量占总冲刷量的90%,且冲刷主要集中于左侧低滩及左汊,致使左汊中下段深泓高程低于右汊,枯水期同流量下左汊分流比呈现增加的趋势;当上游来流小于20000m₃/s时,同流量下松滋口分流能力下降,但这一影响随着关洲河段河道冲刷的趋于平衡而逐渐削弱;关洲左汊的发展有利于增加较大流量时松滋口的分流比,且这一流量持续的时间越长,即左汊维持主汊地位的时间越长,松滋口年分流比越大。此外,左汊的过度发展可能会引起关洲河段主流不再年内交替,而是将长期稳定在左汊河道,建议有关部门加强对关洲河段左汊河道的监测。     

溪洛渡水电站导流洞卵石推移质采样方案及其输沙特性

溪洛渡水电站位于金沙江下游,水流流速大,挟沙能力强,本文结合溪洛渡水电站导流洞推移质情况,开展了高速挟沙水流条件下卵石推移质测验方案的试验研究,提出了溪洛渡水电站卵石推移质测验方案即缆道悬挂采样器加拉偏的方式进行测量并予以实施。测验成果表明,金沙江溪洛渡6#导流洞河段存在河床卵石运动情况,而且推移量很大。根据导流洞实测水沙运动资料,揭示了溪洛渡水电站导流洞卵石推移质的输移特性,并建立了卵石推移质输沙率与流量的经验关系。     

导流明渠流速与底宽及流量的非线性关系

建立了用于模拟导流明渠流场的平面二维水流数学模型,采用局部连续非规则网格划分计算区域,有限体积法求解水深积分方程,显式MacCormack预测-校正格式步进计算.利用物理模型的测量数据对数学模型进行验证,数值模拟结果与测量数据吻合较好,表明建立的数学模型能合理地模拟明渠内的水流.通过模拟一系列底宽导流明渠内的流场,得到了底宽一定时明渠最大流速随流量的变化关系,以及流量一定时明渠最大流速随底宽变化的斜率,进而得到了斜率与流量之间的非线性关系,研究成果可为导流明渠的设计提供依据.     

大坝原址重建施工导流风险特性研究

随着中国后水电开发时代的到来,大坝重建工程逐渐增多。大坝重建工程导流系统一般由原工程建筑物和新建导流建筑物联合组成,导流系统的组成和功能的丰富化使导流系统约束和导流风险因素更加复杂,导流风险呈现显著的特异性。本文旨在探索大坝重建工程施工导流风险计算方法及其变化规律。在大坝重建工程导流系统分析的基础上,归纳主要致险因素和致险模式,研究建立上游水位、下泄流量、下游水位等致险模式的数学表达,综合建立大坝重建工程导流多维风险判别式。针对系统中的洪水不确定性,利用Gumbel-Hougaard Copula函数描述洪水峰量联合分布,同时考虑原工程控泄规则和导流泄水建筑物的运用规则,利用Monte-Carlo方法模拟导流度汛过程并计算水力要素,结合风险判别式建立大坝重建工程施工导流多维风险计算模型。定性风险分析说明,建筑物的功能和设计标准差异决定了大坝重建工程导流系统的多种致险模式并不完全相关,导流系统风险呈显著多维分布特征。由于风险特性与导流系统配置有关,针对将原大坝作为上游围堰,占用原工程泄流建筑物出口的典型重建工程导流系统,进行了导流风险计算。定量风险特性分析说明：导流风险存在从下游漫顶致险模式向原坝泄水致险模式的转移点,主导致险模式转移的驱动因素是导流系统的泄流量,转移点对应下游围堰可防范的风险上限。研究成果为大坝重建工程导流风险评价和方案优化提供了重要支撑。     

渐缩-突扩流道水力特性研究

滴头是滴灌系统的关键部件,流道设计是其核心技术。为了揭示滴头流道内的水流运动规律,提出一种渐缩-突扩的流道结构,以三角形、圆形和流线型作为分水结构形状因素,以流道收缩后最小断面尺寸(边壁距离)和放大比例等作为设计因素,进行了3因素3水平正交试验设计;建立了流道的CFD模型,利用Fluent软件进行数值计算,对不同正交试验处理下的流道内部流场进行了研究。以滴头流量为评价指标,探讨了以上各因素对滴头流量的影响,分析了流道不同断面位置处的能量及其变化规律。结果表明:1)10 m水头条件下,试验各因素均对滴头流量产生影响,其中流道尺寸比例系数对流量的影响最大,流道内分水结构的形状和边壁距离影响不显著,流道的过流能力可用以上参数的多元线性回归方程定量表示;2)渐缩-突扩流道结构的流态指数为0.494 3~0.509 1,属孔口出流;试验的3种因素对流态指数x的影响由大到小依次为:尺寸比例系数、分水结构形状、边壁距离,但均达不到显著水平;3)流道内水流的雷诺数Re的范围为614~691 5,局部水头损失系数为2.1~10.6。     

浙江滩坑水电站过水围堰模型试验研究

滩坑水电站工程施工导流采用一次围堰断流、隧洞导流的方式,上下游围堰均采用土石过水围堰型式,为进一步掌握施工导流各阶段的水流条件,确保围堰和坝体度汛安全,进行了过水围堰导流模型试验研究.通过模型试验,测试了导流隧洞和过水围堰的泄洪能力,测试了围堰、大坝过水流速、流态和导流隧洞的水流流态,验证了堰体和坝体过流保护措施.根据模型试验成果,进一步优化了围堰结构布置和上游围堰堰面保护措施,为工程导截流设计与施工组织提供了重要的指导作用.     

竖井旋流式泄洪洞水力特性试验研究

围绕着流态、泄流能力、压力分布以及各段消能率等水力特性对具有抛物线式引水道的竖井旋流式泄洪洞进行了试验研究,结果表明:流态、泄流能力、压力分布均能满足要求,且总消能率达到90%,具备了作为导流洞改建体型的条件.     

黄河“02.9”洪水期下游引水对河道冲淤的影响

在系统分析黄河小浪底水库2002年9月异重流小流量排沙期水沙演进、河床冲淤与沿程引水引沙情况的基础上,采用非恒定流准二维水沙数学模型,计算分析了下游沿程引水对河道演变的影响.计算结果表明,虽然异重流排出的悬沙组成很细,但由于流量不大,水流仍处于超饱和输沙状态;洪水期两岸的引水量占水库下泄水量的比例很大,大量泥沙被引到堤外,与不引水相比较,河道淤积减少.