浅议坎式消力池的水力计算

简介泄水建筑物的消能形式,根据坎式消力池的水流衔接形式,通过水力学计算推导出了坎式消力池的消能坎坎高的计算公式,并结合具体实例给出了坎式消力池水力计算的全过程.     

设计综合式消力池的简便计算

水流经过水闸、溢流坝等水工建筑物，下游消能有时需要采用综合式消力池方案，笔者在研究单纯确定池深和坎高的基础上，导出计算综合式消力池的迭代公式，使得计算方便，而且精度能够保证。     

消力池最不利设计条件的分析与计算

影响消力池深度Ｓ和长度Ｌ的主要因素有堰上水头Ｈ１、单宽流量ｑ和下游水深ｔ等。由于消力池在不同运行情况下，Ｈ１、ｑ、ｔ是变化的，因此在实际设计中，要对不同运行情况计算出相应的Ｓ值，从中确定最大值作为设计池深。目前最大池深计算大都采用试算或图解法，计算工作量大而复杂。用数学分析方法确定消力池最不利设计条件，即求最大池深Ｓｍａｘ相应的ｑ、Ｈ１、ｔ，可按建筑物泄流方式选定若干变量为常数，并将约束方程直接代     

水闸挖深式消力池消能设计研究

水闸的消能设计主要是根据上下游水位及过闸单宽流量进行计算。本文通过实例,将过闸流量分为几种工况,分析研究水闸消能设计中池深及池长计算工况的选取。结果表明,各种工况对水闸消能设计的计算影响较大。因此,水闸的消能设计一定要选取合理的工况进行计算。     

拦河闸下游两级消力池布置和计算研究

通常根据拦河闸泄洪水力条件、闸址地形和地质条件、两岸翼墙和堤围的安全、工程施工和投资等,拦河闸下游可选择设置一级或两级消力池。本文对拦河闸下游两级消力池的布置和水力计算方法进行了分析,提出了相应的布置和计算方法:1首先确定一级消力池水平段池底高程,计算消力池末端尾坎的合理高度和水平段池长,使一级消力池内形成稳定的水跃;2根据拦河闸闸址下游河道水位条件,在满足二级消力池出流与下游河道水流为缓流衔接的条件下,初拟二级消力池末端尾坎顶高程,计算出消力池池深和池长,使消力池出流平顺与下游河道水流衔接。本文成果得到了水力模型试验研究实例的验证,可供类似工程设计参考。     

综合式消力池坎高与池深组合消能计算方法

现有底流消能计算中,综合式消力池坎高与池深组合计算的传统试算法十分繁琐,特别是坎上淹没系数计算需多次反复查表试算。为解决这一问题,通过无量纲原理、数学推导及MatLab软件数值分析,给出了坎上淹没系数简洁的高精度解析计算式,并通过对比分析得到该解析计算式最大相对误差仅为0.405%;同时还给出了跃后共轭水深的高精度解析计算式。在考虑消力池深与消力坎的组合消能影响下,给出简洁的无量纲消力坎坎高的解析计算式,并通过MatLab软件给出了无量纲坎高随无量纲单宽流量、下游水深以及消力池池深之间的二维曲面关系图,依据大量数值计算成果,给出了最不利消能工况下的坎高极值计算式。最后通过2个实例计算对比,可见所提出的简洁算法精度高且方便快捷,为工程实际设计提供了参考。     

某河床式水电站消力池优化试验研究

通过对某河床式水电站进行水工模型实验,提出了对原设计消力池的改进优化方案。试验表明,原设计方案的消力池段在通过设计流量50年一遇的洪水3 580m3/s时,池内不能形成水跃,原设计方案的消力池深和消力池长均不能满足过流条件。优化设计中包括加高尾坎,加深消力池和将原消力池作为过渡段,并紧邻新建一个消力池5个备选方案。优化后的试验结果表明,消力池内流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,下游冲刷深度减小,消能率提高。最终考虑采用将原消力池作为过渡段,新修消力池的方案,可以减少开挖量,降低工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。     

岩滩水电站宽尾墩戽式消力池联合消能效果

宽尾墩戽式消力池联合消能工，是我国首创。解决高坝大单跨流量、低佛氏数的泄洪消能难题，经岩滩水电站溢流坝泄水建筑物使用后、效果显著、戽内虽有较高流速，但到戽尾流速下降二分之一以上，戽坎出流较平衡；出流后河槽段波浪高明显降低，岸坡冲刷减弱，雾化范围减少；河槽部份，除厂坝导墙顶端基础四周有冲刷坑外、其余部位无冲刷现象。     

渐扩综合式消力池尾坎高度和作用力的计算

研究了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算方法。根据水跃方程、堰流理论和前人对渐扩式消力池水跃长度、共轭水深和淹没系数的研究成果,分析渐扩综合式消力池的设计方法,根据动量方程研究尾坎的作用力。给出了渐扩综合式消力池深度、坎高和尾坎作用力的计算公式和计算步骤。提出的坎高和作用力的公式不仅适用于渐扩综合式消力池的设计,也适用于渐扩消力坎式消力池,计算方法新颖,过程简单,精度满足设计需求。     

溢流堰消力池水力近似计算

依据水跃理论,为减少试算法或图解法的繁杂计算,提出了求解消力池收缩水深与相应共轭水深的近似计算。直接求解收缩水深和共轭水深,并假定以池深等于乘以安全系数的共轭水深与出水渠水位之差,并用算例和算表加以说明,基本满足临界水跃要求,从而简化了消力池水力计算。     

消力池池深的简化计算法

通过对池深水力计算相关方程组进行数学变换,采用优化拟合的方法,以标准剩余差最小为目标函数,在工程实用范围内,经逐次逼近拟合获得了可直接进行方程组联立求解、最大相对误差小于2.8％的近似公式(其中相对误差小于1.0％的计算点占总点数的84％),具有一定的推广意义.     

跌坎消力池水力特性试验研究

为研究跌坎消力池水力特性,基于某工程1:50水力学模型试验,对跌坎与非跌坎消力池临底流速、时均压强、脉动压强与空间积分尺度进行了对比分析.结果表明,在试验范围内,跌坎消力池底板最大临底流速降低了38.5％;最大时均压强降低了 30％;最大脉动压强均方根降低了50％;最小空间积分尺度增大了75％.随着入池水流流量的增大,上述水力学指标变化的幅度呈增大的趋势.从底板安全的角度,跌坎消力池比非跌坎消力池显现出了更为优良的特性.     

皂市水利枢纽消力池锚桩抗拔力试验

皂市水利枢纽消力池是该工程重要建筑物之一,该部位地层主要为志留系页岩,少量为泥盆系薄层石英砂岩,且层间夹泥普遍,岩层倾向上游,倾角为50°左右,整体工程地质条件较差。消力池底宽89m,池长117m,为保证消力池护坦的稳定,采用了锚桩及锚杆联合锚固措施。为选择合理的施工工艺,验证在相类似基岩下的锚桩的施工参数,为设计锚桩提供依据,提出在消力池锚桩施工之前,在地质条件相似的基础上做锚桩生产性实验,其中入岩6m和8m的各一组。试验结果表明:锚桩抗拔力主要与施工质量有关。因此,实际施工中应控制好锚桩的施工质量。     

折坡扩散型消力池的水跃特性试验研究

折坡扩散型消力池在中小型水利工程中经常采用,消能效果良好,能较好地适应地形变化。但由于其边界条件的复杂性,对其水跃特性的研究较少。通过水工模型试验,对不同工况下折坡扩散型消力池的水跃流态、跃长、跃后水深等水跃特征进行了研究。分析对比了在相同来流条件下,平底等宽型、折坡等宽型、折坡扩散型消力池的跃后共轭水深。结果表明,相同来流条件下,相较于等宽型消力池,折坡扩散型消力池因其单宽流量较小,可以更好地适应下游水深,且所需消力池深度更小。     

低佛氏数闸坝消力池水力特性试验研究

对于低水头、径流式电站,下游消能防冲型式较常采用美国垦务局USBR型设计。在对渔梁湾水电站的试验研究过程中,通过对闸坝水流特性进行分析,提出了取消消力池、在闸墩下游设置连续梯形尾坎的优化体型。由于连续梯形尾坎的作用,使出闸水流呈现出类似消力戽的淹没出流流态,消能防冲效果良好。该体型是对佛氏数Fr<2.5闸坝消力池USBR型的补充,可推广应用于同类型工程。     

多级连续消力池的布置与水力计算方法

某些中小型水库工程由于地形或地质条件的限制,既不适合采取挑流式消能,又不宜采用底流式消能,在这种情况下,采取多级连续消力池消能也许是不错的选择。本文结合湖北省丹江口市金岗水库溢洪道的除险加固设计,系统地介绍了多级连续消力池的布置方案和水力计算方法。结果表明多级消力池消能方案,提高了工程消能率,降低了水流流速,提高了河床...     

消力池水跃消能试验分析

通过对水库溢洪道进行水工模型试验,从原方案到修改方案进行了消力池体型尺寸修改和加设消能工的多次试验,提出方案五为最优方案,并从跃前弗汝得数与消能系数的关系上论证了最优方案的合理性。