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。     

弯道处溢流坝闸孔水流水力稳定性分析及优化

为研究弯道对溢流坝闸孔水流水力特性的影响,探求弯道处水流进入闸室运动状态的优化措施,以某水库弯道处溢流坝为例建立物理模型。通过对不同流量级下试验数据分析,探讨弯道处某水库溢流坝闸孔挑流对左右岸稳定性、闸孔泄流能力的影响,同时运用 Flow-3d 软件设置导墙措施进行优化数值模拟。结果表明：水流在闸室以螺旋式向下泄流,且在闸室及溢流面上左右碰撞和交汇,使得水流极其不稳定,对左右岸稳定影响极大且降低闸孔泄流能力,对相邻闸孔泄流量增大值的幅度有所减小,最大差值从 1.95 m3/s 降为 0.95 m3/s;设置导墙可以有效减缓弯道对闸孔挑流的水力稳定性的影响,提高闸孔水流泄流能力,为弯道处溢流坝建设提供理论参考。     

乐昌峡溢流坝闸孔泄洪运行方式研究

乐昌峡水电站溢流坝属高水头、大流量泄水建筑物,溢流坝设置了5孔泄洪孔口,溢流坝下游河道河床狭窄,溢流坝泄洪闸孔的运行方式对其下游扩散式梯形差动式挑流鼻坎及下游河道两岸坡的影响较大。通过水力模型试验研究,对溢流坝5孔泄洪闸孔的泄洪运行方式进行研究,提出了溢流坝闸孔泄洪的合理运行方式,供工程设计和运行参考。     

溢流坝不同尾坎挑流消能数值模拟研究

以水力学计算软件FLOW-3D为基础建立两种不同的数学模型进行模拟。通过对同等泄洪流量下的两种不同溢流坝挑流时的水舌形态、断面流速及消能率进行模拟分析,得出由于水流在受溢流坝差动式尾坎较连续式尾坎强,从而导致挑距相对较近,下游河道差动式最大流速比连续式最大流速小;相比连续式尾坎而言差动式尾坎这种碰撞要较强,因此对于同种流量采用差动式尾坎溢流坝挑流消能的效果较好,对下游河道及两岸边坡影响较小。     

S型河道对溢流坝挑流水力特性影响研究

针对弯道水流中的S型弯道水流对溢流坝挑流的水力特性的影响进行研究,通过Flow-3d软件对S型弯道处溢流坝的挑流进行数值模拟。结果表明,右岸比左岸的流速、挑距、河道压强变化较明显、差异性大,这将影响下游河道的左右岸地形发生不对称式变化,对河道两岸及坝体稳定不利,因此避免在S型弯道处修建大坝。     

多闸孔连续尾坎溢流坝优化调度数值模拟研究

以实际工程南甲水库泄洪的物理模型试验成果为基础,采用数值模拟的方法,针对调度中的各级流量,对多闸孔连续尾坎溢流坝闸门优化调度运行进行研究,通过对坝面流态、坝面时均压强、挑流形态、下游河道流速、下游河床压强和消能率等因素综合分析得出,当泄洪流量为中小流量时,闸门以少开孔开中间孔且均匀开启的原则有利;当泄洪流量较大时,则以五孔均匀开启有利。计算还发现,消能率随下泄流量的增加呈减小的趋势,且减小幅度在流量较大时更明显。     

泄洪洞扭曲型挑坎数值模拟应用

为探究验证泄洪消能工扭曲型挑坎的可行性和合理性,以红岩河水库右岸泄洪洞末端扭曲型挑坎为例,采用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型对扭曲型挑坎进行水气两相流三维数值模拟。研究结果表明计算域的整体流态及水面线高程与水工模型试验数据吻合良好,计算误差较小;挑距挑高及冲刷坑深度数据均显示挑坎布置合理,运行安全;下游冲刷趋势与流速紊动能分布均显示消能充分,水流顺利归河。为后期使用数值模拟的研究方法对大交角狭窄河道情况及挑流鼻坎型式的优化设计提供了参考和借鉴。     

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。     

张公龙水电站溢流坝除险改造消能试验研究

张公龙水电站原溢流坝泄流能力不足,运行中曾出现水流漫坝下泄的险情,需在原溢流坝左侧增设溢流闸孔。通过水力模型试验研究,结合工程布置和坝址河道地形条件等,在新增闸孔溢流坝采用了不对称边墙布置的窄缝式挑坎消能工,妥善解决了溢流坝泄洪消能防冲的问题。     

河口村水库坝下泄洪区出口整治及生态修复

河口村水库泄水建筑物泄洪洞和溢洪道采用挑流消能,挑射的水流具有强大的冲刷作用,在建筑物下游出口河床产生了较大范围的冲刷坑,为了保护泄洪出口区域安全与坝下游河道生态环境,确保下游建筑物安全,对泄洪建筑物出口河道进行整治与生态修复。通过水力计算及模型试验得出了泄洪出口挑流冲刷的影响范围,通过设置河心滩进行导流分流,降低河道流速,并增设不同位置的跌水坎形成消力塘和水垫;河心滩、防冲墙、跌水坎紧邻泄洪出口区布置,保护了相邻建筑物的安全;结合下游河道自然形态和周边环境,创造高滩、沙洲、岛屿等多种类型物理生境。     

闸墩迎水面角度对拱坝挑流影响的数值模拟研究

在水利工程领域中,闸墩迎水面形状主要是弧形,不同的弧形角度对拱坝的挑流水力特性影响不同。通过FLOW-3D软件模拟40°,50°,60°共3种角度的迎水面闸墩,分析同种流量下3种角度的迎水面闸墩对拱坝挑流影响的水力特性差异性变化。结果表明,闸墩引水面角度主要影响较大的是闸孔流速及下游河道平面流速极大值区域分布情况,对水舌厚度影响较小;相比之下,50°引水面闸墩的下游河道流速最大值分布区域较小,对下游河道冲刷影响较小。     

高陂水利枢纽泄水闸下游河床冲刷研究

高陂水利枢纽工程坝址河段弯曲、下游河道逐渐缩窄,泄洪流量较大,泄水闸泄洪的下游河床冲刷特性是工程设计和运行关注的重点。在泄水闸下游河床动床模型试验的基础上,对水闸下游缩窄型河道的流态和河床冲刷特性进行研究。研究表明,由于泄水闸下游河道右岸坡往河道收缩,水流产生顶冲和回流,增大了右端闸孔下游消能工的单宽流量、水流波动和下游河床冲刷。模型试验优化了海漫末端防冲槽的布置,可确保工程运行的安全。本文将海漫末端冲深试验成果与水闸设计规范推荐的冲刷公式计算结果进行对比分析,成果可供类似工程设计参考。     

梅山水库溢洪道水流流态及闸门控制运用研究

为解决溢洪道水流对下游河道冲刷较为严重的问题,通过水工模型试验模拟溢洪道水流流态,分析了水流流态、掺气水深和压力分布情况,对起始工况闸门开启方式、闸门开启顺序进行了运行管理优化。研究结果显示：闸门开启顺序：4#→2#、6#→3#、5#→1#、7#时水舌均匀且远离溢洪道,有效降低了对下游河道的冲刷。控制闸门开启顺序和开度,可有效消除或减缓闸下水流不对称扩散影响,从而消除或减缓回流产生,可达到闸下流态良好,流速较为均匀的良好运行状态 ,研究成果可为类似工程提供技术支撑。     

丹江口工程大坝加高后的几个水力学问题

依托1∶100水工模型试验成果,重点介绍了丹江口大坝加高后的几个水力学问题如泄流能力、坝面压力特性、河床局部冲刷、下游河道流速流态、泄洪对电厂及航运的影响等.研究显示:大坝加高后泄流能力可满足设计要求,坝下河床冲刷加重,挑距加远,设计洪水22 300 m3/s时坝下冲坑最低点高程为43.0 m,各级泄量冲坑上游坡均缓于临界坡,也略缓于初期工程同级流量冲坑的上游坡;坝下600 m以内为护岸工程重点防护段,岸边流速为5.8～9.8 m/s;泄洪对丹江口电厂影响较小,对自备电站不利影响较为显著;最大通航流量6 200 m3/s时下游引航道口门区流态复杂,水流较混乱.     

某高拱坝溢洪道优化水工模型实验研究

基于某高拱坝泄洪消能的水工模型试验,在不同工况下,观测溢流坝挑流过程及流态,并测量了溢流坝下游冲坑深度。结合坝址下游地形情况,分析实验数据,发现挑流对下游河道岸坡影响较大,需对溢流坝段进行优化,减小对下游河道岸坡的影响。实验成果表明:加长表孔纵向长度并优化挑脚,使右边孔高,左边孔低且纵向错开的差动坎出流方式可实现对本方案的优化,该结论为有效解决同类实际工程问题提供了一种新的方法。     

正常运行水位大流量泄洪闸门调度方式研究

以某实际水库工程的连续尾坎中坝泄洪消能的闸孔优化调度运行为研究对象,运用flow-3d软件建立数学模型,并以物理模型水力学试验成果进行了验证,验证结果表明,数值模拟结果与试验成果基本吻合,准确度较好。根据本工程闸门调度运行的特点,拟定了在Q=900 m/s的大流量下,采用数值计算的方法,通过分析比较该流量下多闸孔闸门不同的组合开启方式下的堰面流态、挑距、坝下河道流速、河底压强四项要素及水流主流区域等水力特性,得出了多闸孔中坝连续尾坎消能的调度运行的水力学相关规律,结果表明:正常运行水位大流量(Q=900 m/s)调度运行时,相对4孔均开调度原则,5孔均开的调度原则堰面水流更稳定且消能效果较好,因此宜选择5孔均开即开启1—5号闸孔的消能调度方式。     

除险加固水闸的消能防冲措施

基于某除险加固工程水力学模型试验,通过对闸下水流流态、流速分布、特征断面垂向最大平均流速以及冲刷特性的观测,分析了设计方案条件闸下水流流态恶化及冲刷严重的原因,即下游翼墙加固改变了水流的边界条件,导致出闸水流受到边界挤压而主流集中,局部流速增大,冲刷加剧。通过不同消能防冲方案的试验比较,提出了利用分隔墩消除出闸水流集中的现象;分隔墩消除了主流受边界挤压现象,起到了改善闸下水流流态,均化闸下水流流速分布,降低河床最大流速,减轻闸下冲刷的作用,且体型结构简单,易于施工。     

大潮差河口闸下水流的流动特性分析

福建数座河口水闸发生剧烈淘刷,闸上游和下游的最大冲刷深度达到闸室高度的0.5~1.2倍,且屡修屡毁。有的水闸经多次除险加固后,不得不再花巨资重建。通过数学模型和物理模型揭示了河口水闸下游水位因受东海大潮差海潮影响发生剧烈波动时的变化规律,发现了水闸泄流过程中的间歇性淹没及非常工况甚至出现逆流的独特流动现象,给出了典型日孔流及堰流泄流能力动态变化过程线,分析了消能工变化对闸址水流结构的显著影响,并对水闸水毁修复前后闸下冲刷进行了预测。结果表明:水闸修复前闸下涨急最高水位4.53 m,修复后下降0.67 m,水闸修复后逆流现象减弱。修复后首次水跃位置往上游移动了35 m,平均水跃高度下降47.46%,闸后及二级池末端最大流速2.27 m/s和0.08 m/s,较修复前分别下降了40.58%和96.48%。常遇泄流条件下,水闸的淹没度和泄流能力呈现不断变化的动态过程。当西溪水闸62#先启孔全开,上游保持正常高水位3.2 m,下游为最低潮位-0.72 m时,修复后最大冲刷深度减少64.48%,消能防冲效果十分明显。研究成果对河口水闸安全运行具有一定的参考价值。     

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.     

某水库溢洪道出口挑流鼻坎优化试验研究

针对某水库溢洪道原设计方案中挑流水舌落在海漫平台上造成严重冲刷破坏的问题,对溢洪道末端的挑流鼻坎进行了优化。通过水工模型试验,观测了溢洪道的水流流态、溢洪道的水面线与深度、溢洪道的流速、溢洪道沿程的动水压强、溢洪道出口的水舌挑距等。结果表明:优化方案下,水流避开了海漫平台而落入海漫前端左侧河道中;优化方案下计算空化数都在0.3以上,较原设计方案更安全;优化后,试验测得挑流冲刷坑内靠近坝脚侧的旋流淘刷最大流速约为1.7 m/s,比原设计冲刷坑内淘刷流速小,对右岸边坡产生较小冲刷,使挑射水流不影响后坡脚;优化方案合理,能较好地解决挑射水流直接冲刷海漫平台的问题。