消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

疏勒河青羊沟水电站枢纽挑流消能鼻坎设计与优化

青羊沟水电站枢纽采用挑流消能设计,枢纽布置为3孔泄洪表孔和1孔泄洪冲沙表孔。枢纽下游河床非常狭窄,宽度仅为20余m,消能防冲设计难度大,对挑流鼻坎在不同流量下的水力性能要求很高。原设计采用宽尾墩结合扭曲式鼻坎消能,左右表孔出口水流对两岸坡脚有直接冲刷,且对下游河道的冲刷深度较大。针对原设计水流冲刷两岸及冲深较大的问题,结合枢纽水工模型试验,优化了鼻坎体型,使挑坎结构布置安全、合理,并满足运行要求。     

龙背湾水电站溢洪道挑流鼻坎优化研究

挑流消能的方式在水电工程中应用得极为广泛,而由于施工环境的不同,对于挑流鼻坎形式的要求越来越高。龙背湾水电站泄流量较大,下游河道较窄,通过模型试验对比了4种挑流鼻坎形式下(连续式挑流鼻坎、改进梯形差动坎、鼻形挑坎a、鼻形挑坎b)的下游冲坑的深度、位置、水舌入水宽度及大致形状等参数。最终确定的异形挑坎的方案明显减小了冲坑深度,水舌形态良好,满足工程的要求。相关经验可供类似工程借鉴。     

那新水电站溢洪道出口挑坎结构形式的试验研究

广西那新水电站河岸式溢洪道轴线与下游河道斜交、河床狭窄,增加了消能防冲设计难度.针对溢洪道出口原设计方案挑射水流较集中,部分水流落在坎后岸坡上,危害岸坡及挑坎安全的现状,经水工模型试验修改,最终提出"双向扩散斜鼻坎 内转式右边墙 挑坎段分流导向墩"的消能工结构型式,使出坎水流顺河向扩散,在空间形成近似"ш"字形水舌,强化了水流在空中消能与掺气,改善下游流态及确保岸坡安全,取得明显效果.     

民乐河水库溢洪道挑流鼻坎体型优化试验研究

部分河岸式溢洪道出口河道狭窄、曲折,岸坡陡峻,河床基础抗冲能力较差,采用挑流消能时挑射水流会砸落淘刷护坦、挑流鼻坎基础,危及下游岸坡稳定安全。为验证泄洪挑射水流形态及其对河床、岸坡的冲刷影响,以民乐河水库工程为例,通过水工模型试验进行分析并对挑流鼻坎体型进行优化。试验结果表明,溢洪道挑流鼻坎采用斜切坎配合折流器体型能有效改善挑射水流流态,对下游河床、岸坡的冲刷影响较小,可确保工程安全运行。     

某抽水蓄能电站狭窄河道挑流鼻坎优化及下游防冲设计试验研究

针对某抽水蓄能电站下游的狭窄河道斜交挑流消能问题,对连续坎、窄缝坎和异型坎等不同类型鼻坎进行对比研究,推荐挑流水舌落点优、冲坑深度小的折线型贴角斜鼻坎为设计方案。为确保工程安全,对设计方案下游河道的水流流态和动床冲刷开展试验研究,结果表明,下游河道左岸岸坡附近流速较大,坝下0+260.00下游100m范围内冲刷严重,应对两岸和基础进行防护。研究成果可为类似工程的挑流消能鼻坎的选型和防冲设计提供参考。     

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。     

楼庄子水库溢洪洞体型优化试验研究

针对楼庄子水库工程溢洪洞原方案存在的问题,采用物理水工模型试验方法,对原挑流鼻坎提出了横向扩散和竖向扩散两种消能方案,通过对比分析挑坎水舌形态和下游河道冲淤形态,最终认为横向扩散消能方案优于竖向扩散方案。进一步分析了挑坎横向扩散方案的扩散角、挑距、冲淤形态等特性规律,确定适度扩散角舌形鼻坎方案为推荐方案。试验结果表明:舌形挑流鼻坎形成的水舌连续光滑、扩散充分,入水范围增大而单宽流量减小,下游河道冲淤明显减轻。试验结果可为同类工程优化结构形式及设计应用提供参考。     

一种新型舌瓣鼻坎消能工的应用研究

为了解决大石涧水库碾压混凝土重力坝消能区河床集中冲刷问题,结合连续式和差动式挑流鼻坎体形的优点研究提出了一种新型舌瓣型鼻坎消能工,采用物理模型试验和基于Flow-3D的数值模拟研究方法对该新型挑流鼻坎进行了设计方案优化。研究结果表明:该新型消能工可使水流纵向展开、横向扩散,水舌在空中能够充分掺气碰撞消耗其能量,避免水舌集中冲刷河床;可通过调整舌瓣半径改变水流流态及其出流落点,使该新型消能工达到较好的消能防冲效果。     

适用于高水头窄河谷的燕尾斜切组合挑坎试验研究

窄缝挑坎和燕尾挑坎是高水头、窄河谷泄水洞挑流消能常采用的挑坎型式,通过纵向拉伸水流形成片状水舌,达到水流顺利入槽、下游河道水流充分消能的目的。由于挑坎自身具有的特点,窄缝挑坎和燕尾挑坎的出射水流沿泄槽轴线纵向拉伸,下游河道落水区域呈平面一字型。为了避免挑坎内缘水流落砸本岸,需控制水舌的纵向拉伸长度;而对于下游河道地质条件较差的工程,水流消能难以达到满意的效果。结合两河口水电站溢洪道1∶40水工物理模型,通过窄缝挑坎、燕尾挑坎和新型燕尾斜切组合挑坎的对比试验研究,所提出的新型燕尾斜切组合挑坎在适应河型和充分利用水舌纵向拉伸长度方面具有一定的优势,能更好地满足工程下游河道的消能防冲要求。试验研究成果可供类似工程参考。     

窄缝式挑坎下游河床冲刷特性研究

溢洪道下游出口设置了窄缝式挑坎之后,增大了其挑射水流的消能率,可明显减轻对下游河床的冲刷.在简要地分析溢洪道窄缝式挑坎体型布置的基础上,根据溢洪道窄缝式挑坎下游河床冲刷的水力模型试验资料,提出了其下游河床冲刷深度的计算式,并给出了相应的算例.本文成果可供类似工程设计和运行参考.     

阿拉沟水库溢洪道挑流体型结构优化试验研究

水利枢纽工程经常由于地质条件的原因在工程布置方面受到限制。针对阿拉沟水库溢洪道下泄水流经挑流鼻坎挑射至下游河床及拟人工开挖山体的海漫平台所造成的冲刷和产生的雾化问题,通过多方案的挑流体型结构优化试验研究,获得了适合工程实际的异型挑流鼻坎结构,较好地解决了溢洪道下游消能段的防冲及雾化等问题。     

莲花台水电站宽尾墩联合消能工的应用研究

针对莲花台水电站泄洪建筑物泄量大、单宽流量大、河床易冲刷的特点,通过模型试验对原设计的挑流消能方案和Y型宽尾墩+戽式消力池联合消能工方案进行了对比研究.试验结果表明,联合消能工方案在典型工况下消能充分,下游河床及电站尾水护坦末端冲刷大为减轻,出池水流衔接平顺,下游河道流态明显改善.该研究成果对类似工程有借鉴意义.     

兼使水流转向的非对称窄缝挑坎

讨论了兼有水流转向功能的一级非对称直线边壁窄缝的设计方法与水力特性，两边墙转向角之差即为水流转向角，两边墙转角相等时出口水流的水深和佛汝德数也分别相等。按在窄缝出口前形成完整幅射流的条件，讨论了兼有转向功能的非对称曲线边墙窄缝的设计方法与水力特性。比较了六种体型(三种对称、三种非对称)窄缝在八种工况对泄槽底板的冲击压强，实测结果表明，非对称性越强冲击压强越小。     

高坝消力戽消能跃后共轭水深的计算

针对现有高坝消力戽消能计算十分繁琐的问题,考虑底挑圆弧离心力对收缩水深的影响,基于无量纲化理论、水力学基本理论和数学理论推导,给出了高坝消力戽消能计算基本方程。利用一元三次方程的卡当公式解分别给出了坎底收缩水深和跃后共轭水深的解析计算公式,并采用MatLab计算软件对跃后共轭水深与无量纲单宽流量、无量纲总水头以及消力戽底坎挑角的影响关系进行了计算研究。最后通过工程实例计算比较,认为推导的坎底收缩水深和跃后共轭水深计算式精度可靠,方便快捷,便于工程实际应用。     

碾压薄拱坝泄洪消能布置优化设计

针对云龙河三级水电站初步设计审查咨询意见及消能区地形地质特点,对其泄洪消能布置进行优化设计研究,将原初步设计坝顶表孔跌流鼻坎改为挑、跌流结合形式,实现各孔水流在纵向上分层入水,减小了下游消能区入水单宽流量,从而将原初步设计坝下人工混凝土水垫塘方案改为天然水垫塘消能方案。泄洪消能优化设计方案较好地解决了深窄河谷高落差泄洪消能布置困难的问题,能确保大坝的安全且节约较多工程投资,可供同类工程借鉴。     

高拱坝溢流表孔分流齿坎的布置体型与作用效果

在高拱坝工程溢流表孔上设置分流齿坎具有分散水舌能量、降低下游水垫塘底板冲击压强的作用,是一种颇具竞争力的体型优化技术措施。本文结合采用6表孔与7深孔布置的白鹤滩水电站,开展了坝身泄洪水工模型试验研究,系统研究了溢流表孔分流齿坎的布置方法、细部结构体型及其作用效果。研究发现,该工程1^#表孔出口采用外侧单边齿坎、4^#表孔出口采用双侧边齿坎的分流齿坎布置方法,是降低下游水垫塘底板冲击压强的较优布置方案。针对分流齿坎的宽度与挑角开展的进一步研究发现,单个分流齿坎的宽度宜取表孔出口宽度的0.18～0.23倍、挑角宜采用15°～20°,是较佳的细部结构布置参数。上述研究成果可供类似工程参考。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。     

南哨水电站拱坝体型设计

南哨水电站位于雷公山暴雨中心区， 洪水峰高量大， 水库基本无滞洪削峰， 由于坝址处河床深切而狭窄， 溢洪道作拱坝坝身表孔溢流短鼻坎挑流的布置。为使溢洪道既有较好的挑流消能效果， 又能达到控制大坝工程投资的双重目的， 将混凝土拱坝体型作了一反常规的设计布置， 即河床部分悬臂梁的上部向水库倒悬呈负坡， 岸边悬臂梁渐变为竖直呈正坡； 水平拱圈曲率由高到低逐渐变小， 而曲率半径则逐渐加大。拱坝的体型适应了溢洪道作高落差挑流鼻坎的布置， 使其溢洪舌远离坝脚， 经运行１３ 年来多次洪水的检验， 在下游不做消能防冲工程措施的情况下， 保证了大坝和下游两岸岩体的稳定安全， 而大坝和溢洪道运行状态良好。