溪洛渡水电站枢纽泄洪雾化初步研究

溪洛渡水电站具有“窄河谷、大泄量、高水头”的特点,泄洪总功率达1亿kW,坝身采用水舌空中碰撞及水垫塘消能,泄洪雾化严重。本文借助大比尺物理模型预报泄洪水舌与泄洪雾化雨强分布;通过对国内近几十年来泄洪雾化模型试验及理论数值分析估算雾雨的影响范围,结合类似工程的原型观测资料,对溪洛渡的雾化问题给予综合评判,预测泄洪雾化范围及需采取的防护措施。     

高坝泄洪雾化工程防护措施研究进展

高坝泄洪形成的雾化现象对枢纽下游建筑物运行、两侧岸坡稳定及生态环境可能造成危害,严重时可危及枢纽本身安全。伴随着系列原型观测、数学模型及物理模型试验等形成的雾雨强度预测技术的发展,泄洪雾化工程防护由被动的雾化—破坏—修复逐渐演变为在预测雨强及其范围基础上进行工程防护,并逐步与消能建筑物、高边坡的分区、分段防护相结合。通过对系列工程雾化防护措施调研,对高坝泄洪雾化工程防护相关研究成果进行归纳总结,认为不同防护材料在不同雨强的破坏特性及雾化对生态环境的影响是今后泄洪雾化工程防护措施研究的重要方向。     

大型水利枢纽泄洪雾化原型观测研究

大型水利枢纽,尤其采用挑流消能工的高坝工程,在泄洪时产生的雾化降雨强度远超自然降雨,由此对枢纽正常运行、泄洪区交通安全、周围环境等均构成危害。对金沙江下游溪洛渡水电站大坝深孔泄洪时雾化影响范围、降雨强度分布、气象特性等进行了重点观测研究。结果表明:溪洛渡水电站深孔泄洪雾化降雨强度分布呈现局部降雨强度大、降雨强度沿纵向及岸坡方向递减速度快的特点;观测工况下最大降雨强度达4 704 mm/h;观测时段自然风速未超过3.5 m/s条件下,泄洪区最大风速达16.3 m/s;自然气压为0 kPa、空气湿度为85%左右时,最大气压约为96 kPa,空气湿度为100%。观测成果一方面可对溪洛渡水电站岸坡防护设计进行验证,并为以后类似工程的岸坡防护设计提供参考,另一方面可为其他研究手段的完善提供丰富详实数据,具有重要价值。     

构皮滩工程泄洪雾化降雨强度及雾流范围研究

构皮滩工程泄洪流量和泄洪落差巨大,泄洪水舌入水激溅产生的强降雨及雾流对工程的安全以及电站的正常运行将产生一定的影响。通过物理模型试验研究和经验公式计算的方法,对构皮滩工程大坝泄洪雾化现象进行了较为深入的研究,分析了该工程泄洪雾化降雨强度分布特性,对降雨强度及雾流影响范围进行了预测。同时通过与相似工程类比,分析了构皮滩工程雾化降雨局部雨强大,雨强变化快以及两岸雨强分布不对称的特点。物理模型研究成果与经验公式计算和工程类比成果基本一致。     

泄洪雾化降雨模型相似比尺分类研究

物理模型试验是研究泄洪雾化问题的主要方法,但泄洪雾化模型具有明显的缩尺效应。为了提高模型雨强换算精度,减小雾化模型缩尺效应的影响,基于安康、乌江渡、二滩、白山等水电站泄洪雾化雨强原、模型试验资料,按泄洪方式、消能工体型等对泄洪雾化降雨模型相似比尺进行分类研究,分析了不同分类方式下雨强比尺（Sr）转换关系中指数n（Sr=Lrn）与尺度比尺（Lr）和水流韦伯数（We）的关系。结果表明,泄洪雾化模型雨强与原型雨强的关系并非按同一比尺指数规律变化,指数n的取值与消能工体型、泄洪方式、尺度比尺和水流韦伯数等因素有关。无论表孔、中（深）孔还是泄洪洞泄洪,模型比尺和水流韦伯数越大,雾化模型缩尺效应越小,指数n的取值就越小。     

泄洪雾化源区降雨强度分布特性试验研究

高坝工程泄洪雾化引发的强降雨及雾流对水利工程和周围环境均产生较大影响。以往研究主要针对下游岸坡泄洪雾化雨强开展工作,少见对雾化源区域的研究。通过概化模型试验,在不同水力条件下对挑流水舌落入下游水体产生的雾化源区域的降雨强度进行系统测量和分析,针对泄洪雾化雾源区雨强的平面分布特征进行了研究,确定了落水点周围不同区域雾化源的形成原因和降雨强度平面分布规律,并对水舌落水区的区域范围和雨强分布特征随流量和水头差的变化情况进行了探索。     

高水头大流量泄洪建筑物的泄洪安全研究

随着我国在建和待建的高坝泄水建筑物所涉及的水流流速愈来愈大,高速水流问题的影响日益突出,直接关系到枢纽的安全运行.基于国内外对高水头人流量泄洪建筑物的泄洪安全研究,以会沙江下游梯级向家坝、溪洛渡、白鹤滩以及乌东德等特大型水利水电工程中存在的高水头大流量泄流建筑物安全关键技术难题为背景.总结并探讨了适应我国特大型水利水电工程水头高、流量大、河谷狭窄等特点的泄流建筑物安全新技术,为解决消能防冲、掺气减蚀、泄洪雾化、高流速条件下的新型抗冲耐磨材料、泄流结构灾变及其诊断和预警等系列性关键问题,提、高我国高水头大流量水利水电上程泄流建筑物的安全性,提供了重要参考.     

中国高坝枢纽泄洪雾化研究进展与前沿

高坝枢纽泄洪安全防护是水利工程领域的重要课题之一。具有高水头、大流量、窄河谷特征的中国高坝枢纽,泄洪伴生的雾化问题非常突出。面向中国水电工程向高海拔低气压地区发展的现实需求,复杂环境下的泄洪雾化机理、以及高精度的遥测预测方法和科学化的危害防治技术急需突破。文章基于国内外相关研究成果和工程实践应用,构建了中国高坝枢纽雾雨场源及防护体系;凝炼了当前高坝枢纽泄洪雾化的发展成果和技术瓶颈;全面阐释了关键科学技术问题的突破方法。研究成果以推进泄洪雾化研究从经验走向科学,为重大水利水电工程设计及其长期安全运行提供理论和技术支撑。     

泄洪雾化与防治

泄洪雾化问题最近二十年来才引起人们重视的水工压力学问题，尤其是高坝大流量的泄洪雾化，给枢纽工程安全和环境带来的灾害及经济损失不少实例，高效的泄洪消能与高强度的雾化就成为一对突出的矛盾，因而促使和推动了对这方面研究的开展。泄洪雾化是一个水汽两相流的水力学难题，因受地形，气象，下泄水流形态及消能方式等各种因素影响，极为复杂，国内外通过许多大比例尺工程雾化物理模型试验，原型观测，数学计算及预报研究，取得一系列的成果（见文献1－8），探索出一些泄洪雾化规律和研究经验，对很多大型水电工程泄洪雾化作了比较全面的评价和预报。     

中国高坝枢纽泄洪雾化研究进展与前沿

<正>高坝枢纽泄洪安全防护是水利工程领域的重要课题之一。具有高水头、大流量、窄河谷特征的中国高坝枢纽,泄洪伴生的雾化问题非常突出。面向中国水电工程向高海拔低气压地区发展的现实需求,复杂环境下的泄洪雾化机理、以及高精度的遥测预测方法和科学化的危害防治技术急需突破。文章基于国内外相关研究成果和工程实践应用,构建了中国高坝枢纽雾雨场源及防护体系;凝炼了当前高坝枢纽泄洪雾化的发展成果和技术瓶颈;全面阐释了关键科学技术问题的突破方法。研究成果以推进泄洪     

基于泄洪雾化影响的白鹤滩水电站坝身泄洪调度方式研究

针对高坝工程泄洪调度方式的雾化影响问题,提出一种改进的泄洪雾化数学模型。该模型可综合反映水舌入水条件、气象条件及河谷地形的影响,并通过小湾工程实测资料验证,两者吻合良好。在此基础上,针对白鹤滩水电站坝身泄洪方式进行雾化影响对比分析。结果表明,当深孔泄洪时,由于其水舌挑距大,入水角度小,水舌风场与雾化降雨范围明显大于表孔泄洪,在泄洪流量与水位落差相同的条件下,表、深孔不同开启方式,其水舌落点与入水形态各不相同,最终引起水舌风场与雾化降雨分布显著变化,根据不同运行工况下的雾化降雨对比结果,提出了坝身孔口的最优开启方式。上述研究为今后实际工程泄洪调度的雾化影响分析提供了借鉴。     

高拱坝枢纽工程泄洪调度方式对雾化的影响分析

结合已建典型高拱坝枢纽工程泄洪雾化原型观测、数值模拟及物理模型试验成果,分析高拱坝枢纽部分孔口开启泄洪的雾化规律,探讨通过泄洪调度方式减轻泄洪雾化所带来危害的途径,保证电站枢纽安全有效运行。结果表明,坝身表、深(中)孔泄洪时雾雨区分布与下游水舌入水流速、水舌入水面积以及入水角度密切相关,其中入水流速对深(中)孔泄洪雾雨区分布的影响更加明显。当库水位和泄洪量一定时,泄洪洞运行雾化雨强及其影响范围最小,且雾化影响区集中在远离坝体的下游河段,而深(中)孔单独运行雾化雨强及其纵向影响范围明显大于表孔和泄洪洞单独运行工况,雾雨区垂向范围受泄洪调度方式影响较小。     

雾化水流溅抛水滴运动深化研究

雾化水流是水利枢纽高速泄流时所形成的一种特定的流动现象,溅水区则是雾流降雨强度最大的区域,其给工程带来的危害应加以特别关注.本文引用雨滴运动的研究成果对粒子的阻力系数进行修正,得到了溅抛水滴运动的阻力系数,而后又对溅抛水滴直径对溅抛长度的影响进行了初步探讨,加深了对溅水运动的认识.     

定向爆破坝坝体结构与渗透特性的研究

本文提供了已衣定向爆破坝观测研究结果，主要是：(1)研究了坝体结构特性与渗透稳定机理；(2)进行两年直接挡水试验；(3)初步查明坝内渗流的水面分布、流态及水头损失；(4)给出了单宽坝体渗流量计算方法与经验表达式。     

UNIFIED MODEL FOR SPLASH DROPLETS AND SUSPENDED MIST OF ATOMIZED FLOW

In this article, the unified mathematical model for splash droplets and suspended mist of atomized flow was established, which classifies the atomized sources into the splash source and the suspended source. For the splash source, the Lagrangian method was used to simulate the random motion of splash water droplets, and for the suspended source the theory of air-water two-phase flow was used to simulate the mist flow moving in particle clouds. The rainfall intensity of the atomized flow was obtained by summarizing the rainfall intensities relative to the above two types of atomized sources. Both experimental data and prototype observation data were used for the verification of the mathematical model. For both the distribution of rainfall intensity, and the outer edge of the atomized flow, the simulation results are in agreement with the experimental data or prototype observation data.     

均质土坝非恒定渗流模型试验

该文对不透水地基上的均质土坝模型,在线性变化水位边界条件下的渗流流态和特性进行了实验研究。测定了非恒定渗流过程中坝体内浸润面的变化过程和压力水头的变化,通过对实验数据的分析,得出了非恒定渗流在水位变化过程中的物理力学特性。该实验对江河堤坝在洪水涨落期间的坝体内渗流场变化的研究有较高的借鉴价值,同时为渗流数学模型的可靠性和准确性提供了最直接的检验数据。     

万家口子水电站泄洪消能布置优化研究

云南万家口子水电站大坝坝址河谷狭窄,泄洪能量大,水头高,泄洪消能难度大。文章结合模型试验,通过对表、中孔泄流建筑物体型参数进行优化设计,使各孔水流在跌落下降过程中先扩散后碰撞,有效地减小了下泄水流进入水垫塘的动水压力,降低了水垫塘内消能压力,保证大坝和消能建筑物的安全。     

坝垛工程根石走失数值模拟

为研究水流作用下坝垛根石的走失,基于Flow-3D软件中GMO模型和RNG k-ε紊流模型建立了根石走失特性研究的数值模型。进行了水流作用于立方块体的数值水槽试验,将水流对立方块体作用力的数值模拟值与公式计算值进行对比,发现两者基本一致,说明数值模型可用。随后对某一实际坝垛工程进行了根石走失的数值模拟计算,计算结果表明:坝垛周围根石走失最严重的区域为坝前头,上跨角次之,坝前头处根石起动的时间最早,拖曳力上升最快,走失的距离最远;上跨角靠近坝前头处的部分根石走失时间早,程度严重,靠近迎水面处根石走失时间较晚,在水流流速进一步加大时逐渐走失;迎水面与下跨角处的根石受水流作用力较小,基本无走失现象。根石走失后并未随水流持续运动,大部分根石散落在坝裆间。     

小湾水电站泄流雾化水流深化研究

在“七五”、“八五”攻关的基础上，通过对小湾水电站泄流雾化的研究，进一步深化对高速泄流所产生的雾化水流的机理和防范措施的认识。其主要内容包括：（１）完善单一的较规则的挑流雾化水流计算模式，主要是完善充的横向扩散和考虑水弹性的溅水范围的计算方法；（２）水舌碰撞消能和窄缝消能的雾流量计算；（３）下游河床地形对雾化水流雨区的影响和两岸地形对雾充扩散的影响；（４）原型观测反馈计算；（５）小湾水电站泄务化影