高拱坝表中孔泄洪水垫塘水力设计研究与应用述评

本文论述了高拱坝下水垫塘设计目标，科研及应用现状，水垫塘消能控制工况。表、中孔各自单独泄洪与表、中孔联合泄洪的水流流态及动水压力。论述了水势塘允许动水压力，水垫塘的长度与二道坝的位置。在高拱坝大流量，大功率条件下．采用集中泄洪，集中消能的原则及体型优化措施后，获得较好的消能效果。     

构皮滩水电站泄洪雾化及防护研究

构皮滩水电站坝址河谷狭窄、洪水峰高量大, 枢纽泄洪消能采用坝身表孔与中孔碰撞、水垫塘内分散以及岸边泄洪洞挑流消能方式, 加之水垫塘岸坡较陡, 且消能区尾部及其下游岸坡为软岩, 故其泄洪雾化问题较为突出。招标设计阶段, 通过初步的泄洪雾化数值分析和边坡稳定计算, 并参照有关工程经验, 对水垫塘范围及其下游两岸边坡采取了混凝土护坡、喷锚支护和设置排水等综合防护措施。     

高坝泄洪水垫塘底板防护安全研究

高坝泄洪水垫塘底板是重要的消能防护结构,若大坝下游河床防护不当,水垫塘底板的破坏可能危及大坝安全。通过模型试验对影响水垫塘底板受力的因素作了研究和探讨,根据试验结果提出了改善其受力条件,增加工程安全性的相关建议。     

三里坪水利水电枢纽工程泄洪消能设计

三里坪水利水电枢纽工程泄洪消能设计采用坝身表、中孔集中泄洪和坝下天然水垫塘消能方案。泄洪布置实现了“最大限度地使落水点在横向、纵向上拉开”的设计原则,坝下天然水垫塘消能指标适中,两岸简单防护,消能设施布置简洁。水工模型试验显示,三里坪大坝坝身泄洪建筑物总体布局合理,表、中孔体型布置满足要求,坝下天然水垫塘防护方案可行。     

水垫塘消能的应用及其结构形式综述

水垫塘是高坝采用坝身泄洪消能时,为保护下游河床而采取的有效措施.主要分析了水垫塘消能的背景及应用,并说明了两种不同结构形式水垫塘的受力及平衡条件,结果表明:反拱水垫塘具有开挖量小,水力条件好,稳定性强,能充分发挥混凝土抗压性能等优点.     

高拱坝水垫塘消能的研究进展

高拱坝工程中泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程中研究的重点。系统总结了冲击射流理论及水垫塘消能机理的研究进展,并对消能区冲刷机理研究现状进行了总结分析。结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,并分析了各自的工作原理及结构特点。     

水垫塘消能在高拱坝工程中的应用研究

在高拱坝工程中,泄洪功率及泄流量巨大,泄洪消能安全一直是工程研究的重点。基于淹没冲击射流理论探讨了水垫塘的消能机理,并结合工程实际总结了高拱坝工程中常用的水垫塘型式,以及各自的优缺点。提出并重点介绍了天然水垫塘这一新型消能型式及其在工程中的应用前景。     

二滩水电站坝下水垫塘的水力设计

二滩水电站采用坝身泄洪、水垫塘消能方式。本文用模型试验、计算分析和工程类比的方法,对坝下水垫塘的水力设计问题进行了探讨,结果表明,溢流拱坝下游水垫塘的设计是经济合理的,可以满足坝身泄洪消能的要求。     

窄缝消能工水力特性对比分析研究

以某大型水电站为例,基于RNG κ-ε和VOF相结合的数值模拟方法,对不同方案的窄缝消能工下游水垫塘内流态进行了对比分析研究,并与试验结果进行了对比,吻合较好。研究结果指出:(1)体型Ⅰ(3股纵向水舌消能方案)和体型Ⅱ(2股横向水舌+1股纵向水舌消能方案)条件下水垫塘内流态具有一定差异,但对水垫塘底板的冲刷效果基本一致;(2)两种体型条件下底板冲刷均由2~#表孔泄洪导致,而1~#和3~#表孔泄洪主流受到两侧回流及水体顶托作用下潜深度较小;(3)水垫塘首部基本为静压区,水垫塘桩号0+280 m下游底板压力较大,为主流冲刷区,2~#表孔下游为冲刷重点防护区域,而1~#和3~#表孔泄流方式对水垫塘底板冲刷较小。研究结果可为窄缝消能工的设计方案对比提供借鉴。     

高坝下游水垫塘内典型流态演变问题探讨

为揭示高坝泄洪消能机理及水垫塘防护措施，系统地研究了水垫塘内的流态特征。根据高坝下游水垫深度的不同，塘内水流呈现自由冲击射流、淹没冲击射流和面流三种流型。结合二滩、小湾等工程试验资料，本文给出了不同流态之间转变的实用判别条件。     

国内外高拱坝泄洪消能布置综合分析

本文总结分析了国内外８０个高拱坝（泄量Ｑ＞２０００／ｓ）的泄洪消能布置经验，提出了一种综合通用的拱坝泄洪消能布置的分类方法；经对典型工程进行分析研究认为，通过泄洪消能布置的优化，可提高坝体的泄流能力及下游水垫塘单位水体消能率的指标，以减少岸边工程或水垫塘本身的造价；结合小湾工程的分析，认为可适当提高小湾坝体及单洞的泄流能力，减少一条岸边泄洪洞。该经验总结为目前及今后高拱坝大泄量工程的泄洪消能布置设计提供可借鉴的经验。     

宽尾墩-跌坎型底流联合消能工水力特性试验研究

通过水工模型试验着重分析比较了宽尾墩-跌坎联合消能工与跌坎以及常规消能工消力池内的水流流态、临底流速以及脉动压力等,并根据试验结果拟合分析了该联合消能工的强迫水跃长度公式。试验结果表明,该种新型的消能方式改善了跌坎消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和脉动压力,缩短了消力池的长度,减轻了下游河道的冲刷,并且能很好地利用宽尾墩良好的消能率,克服宽尾墩挑射水流对消力池底板的冲击问题,为类似工程提供了参考,同时也丰富了泄洪消能工的型式。     

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的紊流数值模拟

宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的坝面泄流形式是我国科技工作者提出的新型水工设施,已在实际工程中有所应用,但缺少数值计算成果。阐述了针对这种极其复杂的坝面形式进行的数值模拟,计算了设计和正常水位条件下的水力特性和宽尾墩进出口处的紊动能以及耗散率,数值计算结果与试验数据基本吻合。数值计算时单宽过量已达141m3/s·m,对宽尾墩 阶梯溢流坝 消力池一体化的方式有必要进行更深入的研究。     

多股多层水平淹没射流数值模拟研究

多股多层水平淹没射流是一种新型消能型式。本文采用VOF(Volume of Fluid)法和RNG k-ε紊流模型结合向家坝水电工程对多股多层水平淹没射流进行了三维数值模拟，将计算值与实验值进行了对比，计算值与实测值吻合较好，表明数值模拟方法是研究消力池水流运动规律及消能机理的有效途径。文中分析讨论了多股多层射流进入消力池后的水流结构与消能机理，研究结果表明：多股、多层射流进入消能水体时，在各主流的四周有一个消能旋滚，形成多个强剪切层消能区，消能率较高，但在平面上没有形成明显的、贯穿的立轴旋涡。同时，由于各漩滚的相互作用，能有效减小对消力池固壁的冲刷。     

NUMERICAL SIMULATION OF 3-D TURBULENT FLOWS OF PLUNGE POOL AND ENERGY DISSIPATION ANALYSIS

A 3-D numerical model for simulating the complicated turbulent flows was developed and the code was made. A numerical calculation of the plunge pool of Laxiwa project in China was carried on. Those 3-D distributions of velocity,pressure on bottom wall,turbulence kinetic energy and turbulence energy dissipation rate are revealed in detail and the detailed flow patterns of plunge pool were shown. By studying on the characteristics of turbulent diffusion and energy dissipation,the calculated results show that the major turbulence and energy dissipation are taken place near the axis of water jet. The calculated results also indicated that the calculated maximum impact pressures on the bottom wall of the plunge pool have a good agreement with those obtained by physical hydraulic model test.     

阿海水电站溢流表孔消能技术优化研究

阿海水电站可研阶段溢流表孔采用Y型传统宽尾墩＋底流消能方式,通过类比国内已建成并成功运行的水电站消能工设计经验,结合阿海水电站泄洪消能特点,基于水力学试验及研究成果,通过消能技术优化和比选,技施阶段拟定了表孔X型宽尾墩＋台阶面＋消力池的泄洪建筑物消能布置形式。在消能技术上,对阿海水电站在龙头水库尚未建成的情况下汛期小流量频繁泄洪、水舌冲击消力池底板、下游河道消能防冲等问题得到了协调解决。     

水垫塘三维紊流数值模拟及消能分析

开发了能模拟复杂紊流的三维数学模型，编制了大型计算程序，针对拉西瓦水垫塘进行了数值模拟，揭示了水垫塘内速度，压力，紊动能及其耗散率的三维分布规律，获得了详细的水垫塘流态特性。研究了水流紊动扩主消能特性，反映出紊动和消能大量地发生在射流轴线附近，计算所得的底板最大冲击动压与实验值进行了比较，二者符合良好。     

蘑菇湖水库泄水涵洞下游消能措施的改进

分析了蘑菇湖水库泄水涵洞下游消能的现状及存在的问题，通过对垂直边墙水平扩散消力池的水力计算和水工模型试验，提出了在消力池尾部加消力槛的改进措施，经实际运用，得到了满意的消能效果。     

杨房沟水电站泄洪消能设计

杨房沟水电站坝址河谷狭窄,洪峰流量大,枢纽最大泄洪功率为10 960 MW,在国内拱坝中处于较高水平.水电站泄洪消能采用“坝身表、中孔泄洪+坝下水垫塘”布置型式.文中通过方案比较,泄洪建筑物采用3个表孔和4个中孔的坝身集中泄洪方案,下游消能建筑物采用水垫塘+二道坝方案.表孔出口采用收缩型式、中孔出口采用收缩型式的宽尾墩.结合泄洪雾化分析,对水垫塘两岸边坡采用混凝土护坡、喷锚支护和排水孔等措施.