新疆喀什地区叶尔羌河中下游泥沙特性分析

叶尔羌河在卡群站以下修建各级引水枢纽后,其工程引水时大多采取了排沙措施,使得在引水的同时,将大量泥沙排于河道,使下泄水中的挟沙量相对增大,改变了河流天然形态,受人为因素影响,大量泥沙在闸前、闸后河段淤积。艾里克他木水利枢纽地处平原灌区,地势平缓,河段为典型的游荡性河槽,主槽不稳定,河床冲淤变化情况复杂,治理难度逐年加大。     

昆仑渠首引水枢纽水工模型试验分析

采用物理模型试验方法对昆仑渠首引水枢纽工程新增引水闸水力特性进行研究,包括不同工况条件下流速、流态以及泥沙冲淤分析,进而对其引水能力、引水角度、防沙效果及闸孔体型等进行优化,并提出改进措施。模型设计为动床正态泥沙模型,按重力准则设计,同时采用图蜡光滑混凝土降糙法以满足紊动阻力相似。结果表明：新建闸方案在引水角度、引流流态、排洪泄流以及来洪冲淤方面均有优越性,闸前过流宽度的收缩和闸后消力池的改建显著增加了昆仑渠首整体过流能力,收缩后河道流速的增大也使水流挟沙能力增强。本次试验的模型设计以及试验方法对相关悬板分层引水工程具有借鉴作用。     

不对称布置的泵闸枢纽工程水流问题分析

某泵闸枢纽工程因周围环境条件的限制采用了不对称的结构布置型式，由于运行管理不当，导致泵站下游严重冲刷．本文利用平面二维水动力学数学模型对引水时无闸门控制的水流情况作了摸拟，分析其水流特性．计算结果表明，过闸流速达２．９１ｍ／ｓ，大大超过泥沙的不冲流速，从而导致河床冲刷．文末对工程设计与运行管理提出了建议．     

新疆底栏栅引水渠首

在坡降陡急和河床为卵石、漂、砾的山溪河道上,底栅式引水枢纽在新疆已被证明为十分有效的引水形式之一.水流挟带的大颗粒泥沙越过枢纽的栏栅顶面而送到下游,使这种引水形式的排沙引水效果良好.新疆已建成这种形式的渠首近五十座. 引水枢纽由栏栅堰、冲沙闸、溢洪堰和导流堤组成.工程的布置方式取决于河道的水文泥沙条件和地质条件.在一般情况下,当冲沙闸底低于栏栅堰底时,枢纽的上游河道容易保持主槽.渠首建成后,河道中的含沙量和流量的关系重新调整,即以少量的水冲走大量的泥沙.为了防止枢纽下游淤积,必须对下游河段采取缩窄并延长导流堤等措施.但缩窄下游河床和抬高栏栅堰顶应统一考虑, 以免引起剧烈冲刷和危及建筑物安全.布置冲沙闸一般应靠近栏栅堰.当枢纽采取两岸取水形式时,冲沙闸应布置在河床中心.冲沙闸门在洪水期或则长期开启,或则间隙开启,在枯水期一般为闭闸壅水运用.上游导流堤有助于人为地造成有利的弯道,或者能使河床水流保持平稳, 以便使上游河床在各级流量下都能具有较好的水流条件.通过实践证明,衔接闸,堰和天然河道的消能防冲设施,以裙板和防冲墙效果较好.     

高泥沙含量和严重淤积情况下迪那河引水枢纽运行方式优化

作为山溪性河流,迪那河具有洪枯流量悬殊,携带泥沙颗粒大、数量多的特点。多种原因,包括自然来水来沙条件、引用与冲沙用水的矛盾等,使迪那河引水枢纽面临严重的泥沙淤积和渠系进沙问题。本文对枢纽运行的方式进行优化研究,以减少进入干渠泥沙总量为主要目标,同时兼顾保持引水枢纽附近稳定的河床形态。实施河道调整和重点部位清淤等工程措施,并计划重新启用漏斗沉沙池;作为主要手段,对枢纽的调度运行方案进行优化。试运行表明,少量的工程措施和运用方式的优化减少了闸下及坝前淤积,降低了进入总干渠水流的泥沙含量,取得了良好的引水和排沙效果。     

金沟河引水枢纽工程整体水工模型造床平衡试验研究

对新建金沟河引水枢纽工程进行水工模型造床平衡试验,通过对工程过流能力、闸前泥沙淤积平衡状态和运动规律进行模拟,优化了工程冲沙布置.试验研究证明工程总体布置基本合理,达到了引水闸进口的"门前清",可避免河道大量粗颗粒泥沙进入引水系统带来的磨蚀和淤积问题,保持引水枢纽长期有效.根据试验结果提出了合理的枢纽调度方案.     

新疆平原区多沙河流演变规律及引水枢纽设计

新疆已建的400多座引水渠首，绝大部分建在河流出山口，在平原区细沙河床上修建的引水枢纽较少，由于细沙河床段纵坡缓，河床抗冲能力低，水流边界条件复杂，修建拦河引水枢纽对原河道的冲淤特性影响较大，河道水流对边界条件的改变较为敏感。因此，对平原区多沙河流引水枢纽的研究意义重大。作者在分析新疆平原河流河床演变规律的基础上。提出了平原区引水枢纽设计要点及设计方法，并对有关问题进行了探讨。     

泄洪闸闸后防冲设计

针对新疆山溪性多沙河流的水沙特点,提出了建在多沙河流卵砾石河床上的低水头引水枢纽,泄洪闸闸后应适当消能的观点,即应避免因闸后局部消能过大而影响下游河道沿程冲刷。并通过水工模型试验研究成果的分析,探讨了建在多沙河流卵砾石河床上的低水头引水枢纽闸后防冲设计的指导原则。采取适当的消能防冲方式适当消能,使得经枢纽下泄的洪水既能将由河道洪水带来的推移质泥沙挟带过闸并避免闸后下游出现沿程淤积;又能避免枢纽泄水建筑物闸后出现较大的局部冲刷以至于危害枢纽安全。     

新疆平原区多沙河流演变规律及引水枢纽设计

新疆已建的400多座引水渠首，绝大部分建在河流出山口丘陵区，在平原区细沙河床上修建的引水枢纽较少。由于细沙河床段纵坡缓，河床抗冲能力低，水流力界条件复杂，修建拦河引水枢纽对原河道的冲游特笥影响较大，河道水流对边界条件的改变较为敏感。因此，对平原区多沙河流引水枢纽研究意义重大。作者在分析新疆平原河流河床演变规律的基础上，提出了平原区引水枢设计要点设计方法，并对有关问题进行了探讨。     

北引渠首扩建工程引水防沙的试验研究

通过实体模型试验研究分析了取水枢纽修建前后江道的河床演变趋势,优化比较了取水枢纽及泄洪闸的不同布置方式,运用理论分析和试验2个方法研究了泄洪闸闸下极限冲刷能力及其消能防护措施,同时验证了取水枢纽修建后引水渠道的引水能力并提出了相应的防沙措施。试验结果表明,取水枢纽泄洪闸的布置是合理的,对江道水流特性及床面冲淤变化的影响较小;设计引水闸的引水量可以达到149m3/s,能满足相应的设计要求。建议适当增加泄洪闸消力池和海漫的设计尺寸以满足实际需要;提出了采用泄洪闸拉沙可以降低鱼嘴附近的床面高程,从而有利于减少粗颗粒泥沙进入引水渠道的防沙措施。     

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。     

宽尾墩与消力墩在班多水电站的应用

结合班多水电站整体水工模型试验,提出了利用宽尾墩能够收缩水流、抬高闸室内水面的特点,改善了泄洪闸堰面上出现的负压;针对下游河床冲刷偏深的问题,通过在混凝土护坦上设置消力墩,极大地减轻了下游冲刷.试验推荐的修改体型已经被工程采用.     

旁侧入流对绕体流动与河床冲淤变形的影响

采用复合模型技术,以南水北调中线穿七里河倒虹吸工程为例,研究了旁侧入流对绕体流动特性与河床冲淤变形的影响。研究成果表明：工程实施后,如无旁侧入流,裹头上游水位将有所壅高,流速略有降低,工程断面流速有所增加;增加旁侧入流后,受旁侧入流顶托作用,裹头上游的水位壅高值将显著增加,工程附近局部区域内流速也将发生较大的变化。同时考虑旁侧入流与来流非恒定效应的冲刷试验成果表明：裹头附近的河床冲刷深度在涨水期持续增加,并在洪峰时刻附近达到最大值,但在退水期则略有回淤,相对回淤高度与洪水峰型系数有关,峰型系数越大,相对回淤高度也越大。     

水闸消能防冲设计条件的确定

闸下冲刷破坏较普遍,消能防冲设计条件选择不当是原因之一.水闸消能防冲设计条件一般选用最大单宽能量E=ρgΔHq作为控制条件.由于水闸的上下游水位及泄量是随闸门开度的大小和下游河道充水时间的长短而变化的,为确定符合单宽能量最大这一点的工况,只能通过将闸门分级开启的方法,用恒定流的公式逐级试算寻求.通过水工模型试验,并经原型观测资料验证,证明闸门开启过程中的水流是符合圣维南方程的非恒定流,并找到确定满足单宽能量E=ρgΔHq最大时的下游水深ht的途径.     

泄水闸堰前冲刷机理及减淤措施研究

低水头航电枢纽堰前泥沙淤积将导致检修闸门无法正常启闭,影响到泄水闸的检修、维护工作。针对此问题,建立了用于研究闸前三元流的泄水闸物理模型及数学模型,运用动床物理模型试验和三维数学模型计算研究了闸前的三维流场及紊动能分布,并观测了闸门不同调度方式下的堰前冲沙效果。结果表明: 泄水闸堰前泥沙启动不仅与闸底水流流速有关,也与闸前的水流流态及紊动强度有关,紊动能的增强对泥沙启动的影响作用明显;闸门隔孔开启时水流受挡水闸阻水作用,在闸前近壁区水流下潜形成漩涡,闸前呈现复杂的三元流流态;复流态下的紊动能显著增加,强烈的紊动造成闸前床面泥沙大量启动,比连续开启泄水闸更有利于泥沙的起动,达到较好冲刷效果。     

Experimental study of flow characteristics around floodplain single groyne

This study investigated the flow around river’s floodplain single groynes. Two different compound channels with one and two symmetrical floodplains having widths of 1- and 2-times of the main channel width, respectively, were used. Both impermeable and permeable groynes with three different relative lengths (relative to the floodplain width) and having three different permeability values of 40, 60, and 80% were investigated. The 3D flow velocities were measured in the horizontal plane at 0.25 and 0.5 of floodplain water depth (h_f), and in the vertical plane at the main channel’s centerline. Therefore, the flow velocities in the longitudinal, lateral, and vertical directions, and the flow water surfaces were measured and analyzed. The results showed that, as the groyne permeability increased up to 60%, a reduction of up to 30% to the maximum velocity and 22% to the tip velocity were observed. The permeable groyne length had limited influence on the flow structure. Both the groyne permeability and the length ratio had significant effects on the floodplain water depth. The scouring and the deposition activities resulting from impermeable groynes can be avoided, should the groyne length be kept below half of the floodplain width.     

河湾水流与河床冲淤综合分析

本文在两个弯道模型试验基础上［１，２］，综合分析了国内外的有关研究成果。文中首先阐明河流蜿蜒弯曲的必然趋势和河湾内环（副）流伴随主流形成螺旋流动前进的特征，并对弯道内主流位向变化、环流强度、水面横比降等作了分析，推荐了计算公式。其次，对河湾水流的横断面流速分布和沿河宽的单宽流量分布给出了计算方法，并分析求得了河湾冲刷深度的公式；依此可以计算河湾冲淤河床的平衡断面。     

岸边并联泄洪洞下游河道冲坑预测

挑流水舌对下游河道的冲刷关系到工程安全。根据动量方程推导了射流在下游水垫中的扩散规律,分析了下游水垫流速对射流扩散的影响,提出了动水垫下射流的临底流速计算方法。研究结果表明:动水流速增加了射流在水中的扩散距离,促进了射流扩散及射流流速衰减,降低了射流临底流速。将研究结果应用于白鹤滩岸边泄洪洞下游河道的冲坑深度预测。模型试验结果表明:在鼻坎水流参数相同的情况下,河道中水流为动水时的冲坑深度较静水时冲坑深度减小约10%,且位于河道下游侧的挑流水舌形成的冲坑深度小于上游侧挑流水舌形成的冲坑深度。与常规预测公式相比,该方法能准确预测不同位置挑流水舌的冲坑深度,研究结果可为泄洪设施下游河道消能防冲设计提供依据。     

新孟河感潮河段支流口门闸下极限冲刷试验研究

感潮河段支流口门外江侧水流受涨落潮牵制作用明显,水流流态复杂,为保证河道堤防安全,避免在大流量引、排水时河道严重冲刷,危害临近建筑物,对闸下冲刷展开研究十分必要。以新孟河延伸拓浚工程界牌水利枢杻为例,构建1:50物理模型开展试验,结果表明:若新开河被开挖至粉砂层,由于粉砂起动流速较小,极易被水流冲起造成河道严重冲刷;由于水流在软硬介质边缘处会产生漩涡,不停的淘刷坑底,使冲刷坑不断加深,所以在进行建筑物护底设计时,应全河段宽度范围内进行防护;根据感潮河段水流受涨落潮牵制作用的水动力特征,可以有针对性的对主流路上冲刷较为严重的区域建筑物进行防护。     

黄河下游丁坝缩窄河道泥沙冲淤特性试验研究

通过动床模型试验研究了黄河下游裴峪至官庄峪丁坝缩窄河段,在河道不同位置布设丁坝,不同情况下丁坝相对长度(丁坝长度与原河道宽度之比值)对河道泥沙冲淤变化的影响。结果表明：水沙运动要素变化受丁坝布设位置和长度等影响较大,随着丁坝相对长度的增加,汛期主河槽冲刷量和滩地淤积量逐渐增大,主槽范围相应扩大,其高程普遍呈下降趋势,特别是缩窄断面导流堤顶端部位出现明显的局部冲刷坑,束水冲沙、增大输沙能力的效果明显。当丁坝相对长度大于0.50时,主流线偏移、断面流速分布和河床冲淤的变化速率明显增大,不利于河道稳定。