勉县大沟水库溢洪道消能方式选择

勉县大沟水库是一座以灌溉为主,多功能综合利用的小(2)型水库,结合工程实际对溢洪道消能方式进行探讨。通过对溢洪道消能的几个方案的对比分析,认为挑流消能方案流道短,实体工程少,消能效果好,工程造价低,但须进行多流量计算,应将设计和校核洪水安全送出,使常流量满足安全挑距,贴壁流不会冲蚀鼻坎基础,在不能满足要求时,却不应选用挑流消能,经过计算分析大沟水库溢洪道最终选择底流消力池方案。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动,对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法,提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工,结合渠底超高法对弯道水流的干扰,使水流在质量力的作用下分流,有效降低和减小了回水的流量范围,增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性,根据水流运动特性和流线的几何关系,提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素,通过对高坎水流运动特性的分析,拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式,推导了高坎分流临界角度γc的计算表达式,计算结果与试验测量结果吻合良好,可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

弯曲溢洪道挑流消能试验研究

为避免加剧弯曲溢洪道的不良振动，对弯道水流的挑流消能问题进行研究。通过试验研究的方法，提出了一种适用于弯曲溢洪道的新型挑流消能工，结合渠底超高法对弯道水流的干扰，使水流在质量力的作用下分流，有效降低和减小了回水的流量范围，增加了挑流水舌的纵向长度。通过对比两种不同凹岸边墙半径的弯曲束窄差动式斜切挑坎和弯曲连续斜切挑坎的回流、挑流和分流等特性，根据水流运动特性和流线的几何关系，提出了一种判断该新型挑坎发生回水的半理论半经验方法。研究发现高坎的收缩程度和凹岸边墙半径是影响分流和回水的主要因素，通过对高坎水流运动特性的分析，拟合流量、凹岸边墙半径与高坎折冲水流出流方向角γ的经验公式，推导了高坎分流临界角度γ_c的计算表达式，计算结果与试验测量结果吻合良好，可以为弯道水流挑流消能的工程应用和运行提供参考。     

挑坎体型对下游雾化影响的试验研究

以解决挑流消能工在泄洪期间为提高消能率而加重下游雾化问题为目标,探究不同体型挑坎的下游雾化特性。通过水力学模型试验,对典型的非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎和连续坎的下游水舌风分布、下游溅水雨强和不同液滴体积分布以及挑流水舌水力特性与冲刷特性进行了研究。研究表明:①各种工况下,非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎的下游水舌风风速均大于连续坎。②对于非对称舌型坎,其溢洪道轴线左侧溅水强度大于右侧,其雨强左右两侧峰值差值最大为5.625 g/(m 2·min);对于扭面贴坎,其溢洪道轴线右侧溅水强度更大,其雨强左右两侧峰值差值最大为45.125 g/(m 2·min)。③随着距离水舌入水点长度增大,大粒径水滴数量和体积占比均剧烈下降;连续坎和舌型坎的挑宽均随着角度的增加而增加;冲坑深度随着角度的减小而增大。④在挑坎合适边墙侧设置扭面贴角能改善下游雾化危害,同时适当增加挑角可以减弱下游冲刷破坏。     

挑坎体型对下游雾化影响的试验研究

以解决挑流消能工在泄洪期间为提高消能率而加重下游雾化问题为目标,探究不同体型挑坎的下游雾化特性。通过水力学模型试验,对典型的非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎和连续坎的下游水舌风分布、下游溅水雨强和不同液滴体积分布以及挑流水舌水力特性与冲刷特性进行了研究。研究表明:① 各种工况下,非对称舌型坎、标准舌型坎、扭面贴坎的下游水舌风风速均大于连续坎。② 对于非对称舌型坎,其溢洪道轴线左侧溅水强度大于右侧,其雨强左右两侧峰值差值最大为5.625 g/(m²·min);对于扭面贴坎,其溢洪道轴线右侧溅水强度更大,其雨强左右两侧峰值差值最大为45.125 g/(m²·min)。③ 随着距离水舌入水点长度增大,大粒径水滴数量和体积占比均剧烈下降;连续坎和舌型坎的挑宽均随着角度的增加而增加;冲坑深度随着角度的减小而增大。④ 在挑坎合适边墙侧设置扭面贴角能改善下游雾化危害,同时适当增加挑角可以减弱下游冲刷破坏。     

多股水平淹没射流水力特性的影响因素研究

采用数值模拟和模型试验相结合的方法,分析了水股分层、坎高、出口体型和跌坎形式等因素对多股水平淹没射流的流态稳定性和水力特性的影响。研究表明,多股多层水平淹没射流较单层多股水平淹没射流流态稳定性好、临底流速低、消能率高,是一种高效的新型消能方式。结合试验结果,提出中孔泄槽以等宽或微收缩为宜、表中孔最优坎高差应大于中孔水流的主流水深、跌坎形式的选择应结合具体工程特点等建议。     

掺气减蚀设施体型优化研究

建立了计算掺气设施水力特性的数学模型和挑坎掺气槽坎高的优化目标函数,对原型掺气槽的体型优化进行了研究.研究表明,掺气设施的优化坎高主要与来流Fr数有关,来流Fr数愈大,所需坎高愈小;来流Fr数愈小,所需坎高愈大.     

低弗劳德数水流二级消力池体型参数试验研究

低弗劳德数水流条件下,二级消力池是解决消能问题的一种有效途径。但至今为止,有关二级消力池的工程应用研究较多,而在体型参数和消能机理方面研究较少。为此,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,研究了低弗劳德数水流二级消力池体型参数及其敏感性。结果表明:消力池的长度、深度和尾坎高度等参数都存在界限值,超出界限值时第一级消力池易于产生波状或远驱水跃,而第二级消力池出池水面波动显著增大。池长小于界限值时,消力池池内流态恶化,消能率明显降低;尾坎高度越低,消波效果越好。优化后的二级消力池消能率明显提高,且二级消力池对尾水位的适应性也显著扩大。引入尾坎高度修正系数ωi,提出了各级池长和尾坎高度的计算公式。     

密松水电站泄洪消能体型优化试验研究

在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验,并通过十多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合适的宽尾墩形式,对增加消能率、缩短消力池池长有利,但无法消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象;表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到较满意的消能效果。本文中十数个消能方案的研究成果,对类似工程的设计和科研均有参考价值。     

水平多股淹没射流水力特性及消能分析

针对不能采用挑流消能型式的大型水电工程,提出了多股多层水平淹没射流新型消能型式.它是利用与下游消力池底板具有一定高差且基本平行的多股射流进入消能水体的中间,在每一股射流的四周形成强剪切并各有一个较为稳定的三元紊动旋滚的水平多股淹没射流进行消能.对该消能方式的水力特性和消能特性进行理论分析,推导出三元水平多股淹没射流水力参数计算公式,计算结果表明它是一种流态稳定、适应性强、低雾化、高消能率,有利于降低临底流速的新型消能方式.     

长冈电站坝基抗滑稳定问题的探讨

长冈水电站位于赣江水系平江支流潋水河中下游的龙迳峡谷出口处,距兴国县城约15公里。大坝为浆砌石重力坝,坝顶泄流,挑流消能。最大坝高50米。坝顶全长168米,水库正常高水位190米,总库容3.57立米。工程具有发电、防洪、灌溉、拦砂、养鱼等综合效益。于1969年4月动工兴建,并在1971年开始蓄水发挥效益。但该工程在质量和基础处理上都存在一定问     

前置掺气坎式阶梯溢洪道掺气水深及消能率的计算

在前置掺气坎式阶梯溢洪道水力特性、消能特性、掺气效果、抗空蚀特性研究的基础上,运用动量矩方程推导出阶梯溢洪道形成均匀流时的掺气水深和消能率计算公式,建立了不同单宽流量下掺气水深与阶梯尺寸之间的关系以及阶梯尺寸、阶数与消能率的定量关系。研究表明,前置掺气坎式阶梯溢洪道具有掺气量与掺气浓度宜于控制,底部掺气充分,抗空蚀性能优越,消能率高,适宜于大单宽流量溢洪道等显著特点,可作为进一步推广应用阶梯式溢洪道的理论和试验基础。研究成果得到模型试验的验证并应用于实际工程中。     

陕西省韩城市小迷川水库溢洪道泄流方式比选

文中针对小迷川水库溢洪道泄流方式选择,结合当地材料、地形及地质条件,分别提出了溢洪道WES实用堰和宽顶堰两种堰型比较、控制段堰宽比较、消能方式比较,结合具体工程量及施工条件、工程投资等方面分析比较,最终推荐采用溢洪道采用20 m宽的宽顶堰控制泄流,末端为底流消能方式。     

索风营水电站泄洪消能工设计研究

索风营水电站河谷狭窄,单宽流量大,泄洪消能布置较困难,通过各种消能形式比较及水工模型试验验证,采用新型结构形式--＂X＂形宽尾墩＋台阶坝面＋消力池的综合消能形式,水流流态和泄量均满足设计要求.通过调研、设计、施工和模型试验论述了这一新型消能工的优越性,为今后类似工程提供科学依据.     

深尾水消力池非完全宽尾墩消能试验研究

为解决下游深尾水工程中常规底流式消力池内由于消能紊动不足引起出池水流二次水跃、冲刷下游天然河床等一系列工程难题,结合物理模型和数值模拟对比研究平尾墩、常规宽尾墩以及非完全宽尾墩下游消力池内流场差异。研究结果表明:非完全宽尾墩利用平尾墩闸室与相邻宽尾墩闸室入池水流横向水位落差和纵向流速梯度,迫使雍高射流入池水流呈弧形横向扩散、碰撞,显著增强剪切紊动,促使消力池上游区域形成由底至表不断发展壮大的立轴旋滚,提升消力池内能量紊动耗散、降低出池水流流速,完全解决常规底流式消力池中易出现的二次水跃、消能不充分等问题。     

梯级肋槛—桩基组合结构在泥石流拦砂坝下防护中的应用

拦砂坝是泥石流防治体系中的骨干工程,发挥着拦砂节流、稳坡固床等重要作用。“5·12”汶川地震后,震区泥石流灾害频发,拦挡坝下消能防冲工程被冲蚀破坏屡见不鲜,严重危及主坝安全,坝下强烈冲蚀是普遍而又严重的问题。通过对北川青林沟泥石流1#拦砂坝（主坝）下护坦、副坝等消能防冲工程多次损毁特征、破坏原因分析,探索和实施了多层护坦、梯级肋槛、组合桩基深垂裙等多种坝下防冲消能工程措施。实践证明：对于高频率、深冲刷、大流量、高流速、多石块的泥石流,采用软基梯级肋槛-桩基垂裙复合型坝下消能防冲工程结构能有效保护主坝基的安全,可在类似泥石流拦砂坝下防护中应用。     

一种新型掺气设施的试验研究

设置在泄洪洞竖井内的环形掺气设施是不同于传统掺气技术的新创意。为了更好地认识这种新型的掺气技术,基于公伯峡水平旋流泄洪洞原型和模型试验,对环形掺气坎的通风和掺气特性进行了研究。结果表明环形通气孔的通风是由通气孔进出口的压差引起的,通风量与相对空腔长度的关系服从线性分布;环形掺气坎掺气减蚀的作用明显,其掺气是由于射流冲击竖井水体形成大尺度旋涡并挟带气泡所致,且掺气浓度沿高程呈乘幂分布;模型通风和掺气特性的缩尺效应明显。在结构设计满足要求的前提下,有必要在旋流泄洪洞的竖井段设置掺气设施,可改善水流流态,并增加消能效果。     

一种新型掺气设施的试验研究

设置在泄洪洞竖井内的环形掺气设施是不同于传统掺气技术的新创意.为了更好地认识这种新型的掺气技术,基于公伯峡水平旋流泄洪洞原型和模型试验,对环形掺气坎的通风和掺气特性进行了研究.结果表明环形通气孔的通风是由通气孔进出口的压差引起的,通风量与相对空腔长度的关系服从线性分布;环形掺气坎掺气减蚀的作用明显,其掺气是由于射流冲击竖井水体形成大尺度旋涡并挟带气泡所致,且掺气浓度沿高程呈乘幂分布;模型通风和掺气特性的缩尺效应明显.在结构设计满足要求的前提下,有必要在旋流泄洪洞的竖井段设置掺气设施,可改善水流流态,并增加消能效果.     

角木塘水电站土石过水围堰设计

角木塘水电站采用围堰一次拦断河床、导流隧洞枯期泄流的导流方式,上下游围堰均为土石过水围堰,上游围堰为全国较高的土石过水围堰,对该围堰堰面的保护要求高、难度大。本文对该土石过水围堰结构进行设计,为上游围堰安全度汛提供保障,保证持续过水时间为1～2天,为类似工程提供借鉴。     

施工导流风险分析与计算

施工导流工程是一项风险工程,在进行施工导流工程的风险计算时,应综合考虑水文和水力两方面的不确定性,利用JC法计算了施工导流风险,分析了各不确定性因素对施工导流综合风险的影响,并具体分析了各水力不确定性因素在综合风险计算中的作用.