台阶式溢流坝水力特性初探

本文结合嘉陵江东西关水电站枢纽右岸台阶式溢流坝坝型，对四种不同台阶型式坝面的流态、消能效果及台阶上时均压力分布进行了实验研究。其结果表明，台阶式溢流坝在一定的下泄流量范围内，由于台阶间形成强烈的横向漩滚．水流掺气．显著提高了坝面的消能效果，台阶上的时均负压值一般不大，但在较大的单宽流量下，由于坝回流速较大，仍易发生主化现象，故台阶式溢流坝适宜在单宽流量不大的情况下采用。     

东西关水电站右岸溢流坝断面的试验研究

东西关水电站右岸溢流坝选用台阶式溢流坝，根据对溢流坝断面模型进行的流态、消能效果与台阶上时均压力分布的试验研究表明，该坝面采用台阶式是可行的，在一定流量范围内，由于水流自掺气的形成，显著提高了溢流坝面的消能效果，台阶上的时均负压一般不大，在合理的运行条件下，坝面不会发生空蚀破坏，台阶上也可不设通气设施。     

台阶式溢流坝的消能试验与计算

对台阶式溢流坝进行了不同比尺、不同台阶高度的水力模型试验。试验成果分析表明，不同比尺模型的消能率一致性较好。同时，从台阶式溢流坝因下游坝面台阶的存在，增加了下游坝面糙率的观点出发，求得了台阶式溢流坝消能率的计算公式，可用于台阶式溢流坝消能率及其坝下游水流衔接计算。     

东西关台阶溢流坝的水力特性

根据东西关水电站右岸台阶溢流坝体型，对４种不同的台阶坝面进行了试验研究。试验结果表明：台阶式溢流坝面通过台阶之间形成的水流旋滚及水流掺气，可大量消散泄流能量，在溢流面设台阶是一种有效消能工，但不宜在大单宽注睛采用。对东西关电站溢流坝来主，其坝面为台阶式是可行的，台阶上台压值一般较小，坝面可不设勇气设施。     

DRJ工程中孔台阶式溢流坝段试验研究及应用

对中孔台阶式溢流坝水工模型试验的研究成果进行了介绍,通过水工模型试验对中孔台阶式溢流坝堰面及台阶高度进行验证,抛物线型堰面及台阶高度设计合理。台阶式溢流坝的泄流能力略小于设计泄流能力,沿线均为正压,仅在弧门后处出现负压,但负压值较小,不会出现空蚀破坏;随着下泄流量增加台阶上深增大,单宽流量小于20 m3/(s·m)时台阶消能挑流消能效果较好。试验结果已被设计单位采用。     

台阶式溢流坝试验研究与消能率计算

由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚,并与坝面主流发生强烈的掺混作用,使水流紊动加剧、掺气增强,消散了部分能量,大大减小了下泄水流的能量,改善了坝趾处的水力条件,使坝下游的消能设施得以简化.结合某水电站工程水工模型试验,对台阶溢流坝面的掺气起始位置、台阶坝面水面线、台阶坝面压力和台阶消能率进行了研究探讨.结果表明:影响台阶坝面消能率的主要因素为台阶坝高、台阶的突出高度、台阶坝的坡度和单宽流量.同时根据试验资料推导了消能率的计算公式,该公式可为相关设计提供参考.     

台阶式溢流坝中小流量流态改善方式研究

台阶式溢流坝有显著的掺气效果和消能效果,目前在中小型工程中广泛应用。但是台阶式溢流坝在小流量浅水深的工况下,坝面上流态较差,呈现跌流或者过渡流态,容易形成水翅和水流跃离现象。为了解决上述问题,本文结合某工程通过水工模型试验研究对台阶起始端的体型进行优化,结果表明优化方案能够很好地改善较小流量时的过渡流态。     

台阶式溢流坝的消能设计与试验

由于台阶式溢流坝坝面台阶的存在,使下泄水流在台阶之间形成横轴旋滚,并与坝面主流发生强烈掺气作用,使水流紊动加剧、掺气增强,大大减少了下泄水流的能量,改善了坝址处的水利条件,使坝下游的消能设施得已简化.结合光明水电站水工模型试验,对消能率进行了研究,结果表明:影响台阶坝面消能率的主要因素为台阶坝高、台阶的突出高度、台阶坝的坡度和单宽流量.同时推导出消能率的计算公式.该公式可为相关设计提供参考.     

台阶式溢流坝在光明水电站二期工程中的应用

光明水电站二期工程泄洪建筑物采用台阶式溢流坝的型式,坝面消能率达50％以上,消能效果好,节省了下游消能工的工程投资。     

台阶溢流坝的三维水力特性数值模拟

本文简单介绍了台阶式消能工在国内外的应用和发展前景,并以太湖水库工程为例,通过流体仿真软件对该工程的台阶式溢流坝和光滑溢流坝进行数值仿真,对比研究两种溢流坝体形的消能效果、压强场和速度场等.结果表明,台阶式溢流坝的消能主要集中在台阶上,相对于光滑溢洪道,因其减小对下游的冲刷而降低了工程投资.     

湖南省芦江水库溢流坝台阶和戽流组合消能设计

为了研究芦江水库工程溢流坝采用台阶+消力戽组合消能的可行性，结合工程特点，经综合分析大坝溢流面台阶+戽流组合消能和台阶+消力池组合消能2个方案，最终选择消能效果好、投资省的台阶+戽流组合消能方案。介绍了溢流坝面消能台阶步高和步长及消力戽尺寸拟定的方法、溢流坝面经过台阶水流流态、消能率及戽流消能等的水力学计算和水工整体模型试验。结果表明：计算和试验结果较为吻合，该工程溢流坝采用台阶+戽流组合消能是合理可行的。     

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面，形成“宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工，是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3/s·m，在应用台阶溢流坝面工程中属最大，经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求，于是提出了一种新型宽尾墩形式——X型宽尾墩，它继承了传统宽尾墩的优势，又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是“X型宽尾墩+台阶坝面+消力池”联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。     

碾压混凝土重力坝台阶消能设计探讨

以往的碾压混凝土重力坝设计中,存在因溢流坝段和非溢流坝段坝体断面不同而制约坝体混凝土连续施工的问题。为解决这个问题,文章结合工程实例,采用溢流坝段和非溢流坝相同断面的台阶式溢流坝的设计方法;同时,对台阶式消能和常规泄槽消能两种方案的消能效率做了一个定量分析比较。计算结果表明:台阶式溢流坝能较好的解决制约碾压混凝土连续施工的问题;台阶消能的消能效率远高于常规泄槽,能减小下游消能工的尺寸,节省工程投资。     

大朝山水电站坝体溢洪表孔采用台阶溢流坝面简介

大朝山水电站拦河坝溢洪表孔采用宽尾墩| 戽式消力池联合消能工，设计单位经多年潜心研究。在百米级碾压混凝土坝、大单宽流量条件下采用台阶式溢流坝面，经第一次原型观测试验，验证了模型试验结论，并发现了水舌下缘与台阶接触带底流速沿程不变、水舌底部掺气浓度沿程增加的现象，这对今后同类工程设计提供了极具参考价值的工程应用实例。文章简略介绍了表孔溢流面结构变更的提出、模型、原型试验结果，以及采用台阶溢流坝面所带来的效益等。     

阶梯式溢流坝

根据收集到的资料,本文讨论了阶梯式溢流坝的水力特性及消能效果,并提出了进一步研究的设想。已有的研究表明:在单宽流量不大的条件下,把开敞式溢流坝坝面做成台阶状,可消除标准溢流坝面动能的75％～88％,从而可大大缩减消力池尺寸,甚至根本省去消力池。     

乌江索风营水电站泄洪消能布置设计

索风营水电站泄洪布置设计采用宽尾墩后接台阶坝面，下设消力池的综合消能形式，这种消能形式既利用碾压混凝土层层碾压而形成台阶坝面，加快施工速度，且阶梯溢流面对坝面进行加糙，又利用宽尾墩后的无水区，对阶梯和宽尾墩水舌底部之间通气，避免空化和空蚀，从而使阶梯溢流坝向高水头大单宽流量方向发展。设计首次采用了异形宽尾墩即“X”型宽尾墩，区别于以往设计的“Y”型宽尾墩，增加坝面过流，充分发挥台阶的消能作用，而且增加下游消力池的水深，加大消力池内的动能损耗。该方案经水工模型试验验证，消能效果良好。     

基于SPH的台阶式溢洪道最优消能率参数研究

为研究台阶式溢洪道的消能规律,明确台阶式溢洪道的最优消能率参数,利用DualSPHysics对台阶式溢洪道水流特征进行模拟,并通过与典型案例的对比分析验证了SPH方法对台阶式溢洪道水流模拟的适用性与准确性,模拟结果表明SPH方法可以较好地模拟台阶式溢洪道上的水流特征。通过建立不同单宽流量、台阶段坡度和台阶数目的共计288种工况对台阶式溢洪道消能规律及其影响因素进行了研究。结果表明：在其他条件一定的情况下,台阶式溢洪道的消能率与单宽流量呈负相关关系;台阶数目对台阶式溢洪道消能率的影响并不显著,但是存在一个台阶数目能使台阶式溢洪道的消能率达到最大值,该最优消能率对应的台阶数目在78~81阶范围内,此结论对指导实际工程应用有一定的参考价值。     

台阶式溢洪道消能率影响因素分析

台阶式溢洪道利用台阶改变水流方向,导致水流动能耗散,对提高溢洪道消能效果具有重要意义。与光滑溢洪道相比,台阶式溢洪道的消能率更高,因此在水利工程中得到广泛应用。台阶式溢洪道消能效果主要用消能率衡量,与光滑溢洪道比,台阶式溢洪道的水力参数更加复杂。采用室内试验与理论分析耦合方法,分析了台阶式溢洪道台阶高度、流量、坡度对消能率的影响。研究表明:其它参数相同时,台阶式溢洪道长度增加,消能率增加;单宽流量增加,消能率减小;台阶高度增加,消能率增加。     

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。     

努尔加水库台阶式溢洪道水力特性的研究

结合努尔加水库台阶式溢洪道的模型试验,对单宽流量在24.17～118 m3/s.m的台阶式溢洪道的台阶坡度、高度和水力特性进行了介绍;试验表明坡度较陡、单宽流量较小的情况下消能效果最好。研究工作对大单宽流量台阶溢洪道的推广应用具有较高的参考价值。