浅析溢流双曲拱坝的水力学问题

根据模型试验结果,讨论了某工程溢流双曲拱坝出现的水力学等方面的问题,原设计方案拱坝溢流的流程短,堰顶至鼻坎的落差小,挑流水舌以平抛或自由跌落方式泄入下游,水舌扩散及掺气极不充分.要尽可能加大落差及流程,以使水舌挑距及泄量更为理想,对溢流拱坝采用长连续挑流鼻坎消能与冲刷的水力特性进行分析计算表明,其挑流水舌在空中的消能率较小.     

窄缝式消能工的水力特性及其体型研究

研究窄缝坎挑流的水流特性、消能要求及其体型参数的选择 .窄缝使水舌出流挑角增大 ,水舌纵向拉开 ,形成水流变形耗能 ,且加剧了水流紊动、水舌破碎而掺气的耗能 ,使消能效果增加 ,冲刷减少 .提供了不同收缩比与水舌出流挑角变化关系的试验成果及水舌纵向拉开值的估算公式 .     

某水库工程泄洪排沙洞出口消能防冲方案模型验证及优化设计

通过对某水库泄洪洞出口挑流消能工进行水工模型试验发现,挑流水舌底部会间歇性受底部水体的影响,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整泄洪洞挑坎高度及挑角后,挑流水舌不再受底部水体的影响,挑流消能的效果较好。今后在挑流消能体型设计时应充分考虑下游地形及下泄水流在各工况下的实际流态情况,以便类似工程避免出现不利情况。     

铅厂水电站泄洪冲沙底孔出口挑坎设计

铅厂电站泄洪冲沙底孔消能设计中采用挑流消能方式,底孔布置在左岸岸边位置处,由于河道地形狭窄,轴线方向与河岸斜交,给河道岸坡安全带来威胁.经过比较,采用扭曲式挑坎挑流消能的方案,使挑射水流在顺水流方向向右岸分散,改善了均匀挑坎水舌集中靠近左岸的缺点,增加了水流的消能效果.     

白虎潭水库溢流坝泄洪消能方式研究

白虎潭水库溢流坝采用挑流消能,溢流堰面采用WES堰型.原挑流鼻坎采用常规等宽鼻坎,挑流水舌入水宽度大于下游河床宽度,水流落入下游河道后,落水集中,造成下游河床及岸边冲刷严重.经水工模型试验研究,推荐的台阶式堰面+差动挑坎+边墙末端局部收缩方案,使下泄水流归槽宽度减小、纵向及竖向充分分散,水舌入水面积增大,消能率增加,下游河道消能问题得到了有效地解决.     

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。     

收缩式窄缝挑流水流特性及挑距的研究

国外五十年代开始采用的窄缝式挑流消能,为解决狭谷河段建坝的消能防冲问题开辟了一条新途径,国内是从七十年代中期开始这方面的介绍、研究与应用的。实践与研究都说明,窄缝挑流是适于狭谷河段枢纽泄水建筑物的消能措施。由于窄缝挑流的挑坎出口断面急剧收缩,其水流条件比较复杂,所以这种消能工有待于进一步探讨。本文仅就收缩段的水流特性及挑距计算问题作一些研究。(一)窄缝挑坎收缩段的水流特性1.窄缝挑坎的起挑水头窄缝挑坎的水舌流态是随上游水头的升高而变化的。底孔上采用窄缝挑坎,水流首先由强迫水跃转化为过渡流态,即水舌主体形成挑流,挑坎内水流表面仍有漩滚存在(图1—a)随水头增高表面漩滚的挑出,且当收     

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。     

泄洪洞窄缝燕尾组合挑坎试验研究

采用物理模型试验的方法,在综合考虑燕尾挑坎、窄缝挑坎2种消能工各自特点的基础上,针对长河坝水电站2^#泄洪洞挑流水舌所必须达到的挑射效果,进行了窄缝燕尾新型组合挑坎的试验研究。从挑坎内部水流流态、出挑水舌形态以及下游消能防冲效果3个方面进行了燕尾挑坎、窄缝挑坎以及新型组合挑坎之间的对比试验。研究结果表明新型的组合体型兼有燕尾挑坎与窄缝挑坎的优点,它在改善坎内水流流态、水舌形态、减轻下游河道冲刷方面起到了重要作用,同时也满足2^#泄洪洞出挑水舌的限制要求。试验的研究成果可供类似工程参考。     

溢洪道出口窄缝挑坎特性研究

消能工体型的选择在水利工程设计中至关重要。采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对泄洪过程中溢洪道与水垫塘内的水流进行水气二相流三维数值模拟,研究窄缝型挑坎消能工的水流特点及规律,结果显示,数值模拟计算的水深、水流流态、入水角度等参数与模型试验结果吻合较好,验证了数值模拟的可行性。在此基础上,计算分析了窄缝型挑坎收缩段水流及空中水舌的水力特性,以及水垫塘底板压强分布规律,确定出窄缝型挑坎最大压强所在位置及空中水舌流速变化规律。研究结果表明：窄缝型挑坎束窄水流作用明显,其空中水舌同一横断面的最大流速位置基本相同,同一纵向断面垂向流速差沿程逐渐减小,挑坎收缩段底板处流速大小呈抛物线形分布,而压强分布沿程呈现3个区间3个趋势的分布规律。研究成果可为实际工程中同类型消能工的设计提供参考。     

洞河水库双曲拱坝表孔泄洪消能问题的试验研究

洞河水库大坝为碾压混凝土双曲拱坝,最大坝高65.5 m,采用"三表+二底"泄洪方案。通过1∶50的水工整体模型对其表孔泄洪消能布置进行了体型优化试验研究,提出了差动式鼻坎与斜切圆柱体鼻坎巧妙结合,合理搭配,使其下泄水流实现纵、横向充分扩散,最大限度地增加落水面积,充分利用下游河道水体消能减弱对下游河道的冲刷作用,从而较好地解决了该工程消能防冲问题。该泄洪方案已被设计单位采用。     

HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF SLIT-TYPE ENERGY DISSIPA-TERS

Slit-Type Energy Dissipater(STED) has been a kind of important devices for energy dissipation.The flow through the STED is longitudinally extended and the velocity is decreased by means of the cross-section increase of the flow,which is closely related to geometric and hydraulic parameters of the STED.Therefore,it is necessary to investigate and control the hydraulic condi-tions through the STED,including the nappe section form,the conversion condition,and the effect of energy dissipation with the geometric and hydraulic parameters.In the present work,"I-type" and "T-type" nappe forms were experimentally classified,the con-version conditions of the nappe forms were empirically provided,and the effects of geometric parameters of the STED on energy dissipation were roughly analyzed.It is concluded that the contraction angle of the STED is a key factor influencing the hydraulic characteristics of the STED.     

窄缝消能在老炉下水库溢流坝中的应用

针对工程所处位置的特殊地形以及由此带来的下游消能问题，通过多方案的比较试验研究，提出适合工程实际的坝面窄缝消能工方案。该布置较好地适应了消能区地形，挑射水舌沿竖向和纵向拉开、扩散较充分，水舌在空中的消能率增大，水舌外缘落点适度，从而减轻了下游河床的冲刷，较好地解决了老炉下水库溢流坝下游的消能防冲问题。试验推荐方案已被设计采用。     

中小型拱坝表孔大流量泄洪消能建筑物体形研究

依据圆满贯工程水工水力学模型试验资料,对中小型拱坝表孔大流量泄洪建筑物体形问题进行研究,提出了一种复合消能工体形与设计思路,即采用宽尾墩窄缝纵向水舌与连续鼻坎横向扩散的综合形式,可使水舌在纵向与横向实现全范围的扩散,充分利用消能空间与水体,既适应了不同流量洪水泄洪的要求,又使消能率得到大幅度提高,大流量泄洪冲坑深度可减小28%.     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响,在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中,对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响,并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响,推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明,采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式,可以提高碰撞消能效果,减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

高坝二级挑流消能研究

为研究高坝挑流消能的效果,结合四川省某水电站洞式溢洪道的大比尺水工模型试验,对在较高水头、较大流量工况下的溢洪道挑流消能形式进行优化研究。结果表明:通过将一级挑流改成二级挑流,即一级挑射水舌在各种工况下都挑落在平台上,水流通过平台形成二次挑流均匀挑入下游河道,可以有效分散消能,降低挑射水舌的高度,减小河床冲刷。采用二级挑流消能形式,有效地改善了原方案一级挑流消能引起的产生较大冲刷与雾化现象。     

龙潭沟水库溢流坝泄洪消能局部冲刷试验研究

采用几何比尺为1∶30的大比尺整体枢纽水工模型,根据重力相似准则,进行了龙潭沟水库溢流坝泄洪消能水力学试验研究。试验结果表明,设计洪水时,原设计方案及修改方案都不会对下游河床造成冲刷;下游河道水流平稳,流速分布均匀。校核洪水时,随着溢流坝过坝流量的增加,单宽流量增加坝面水深增大,原设计光滑溢流坝面沿程水流掺气消能效果欠佳,下游流速大、水流紊乱,挑流水舌下游造成严重冲刷,影响泄洪安全。通过方案修改优化,提出阶梯溢流坝台阶尺寸为0.90 m×0.72 m+连续挑坎方案新型消能形式,宣泄校核洪水时消能率较高,且下游河道水流平稳,流速较低且分布均匀,满足龙潭沟水库工程的安全泄洪。     

水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。