柳树沟水电站泄洪消能试验研究

结合新疆开都河柳树沟水电站溢洪洞及泄洪洞挑流鼻坎体型优化的试验研究,通过调整鼻坎体型,提出了一种适合于窄泄槽、高流速、泄槽与河道交角大、窄河道的异型窄缝鼻坎.这种鼻坎水舌不仅能沿纵向、竖向拉开,还能横向有所扩散,使水舌覆盖消能区较大范围,削弱了岸边回流,减轻了河床冲刷,且有效地控制了水舌落水位置、范围及分布,减少淤积体对电站尾水抬高的影响.     

消力池挑流鼻坎试验优化设计研究

通过对某水库挑流消能工挑流鼻坎进行水工模型试验发现,入射水流横向扩散较差,水流集中,不利于下游河道消能防冲。调整平台和护坦宽度,设置斜挑坎,横向水流分布均匀,水舌入水点较理想。并用数值模拟方法对推荐体型进行计算,计算结果与水工试验结果基本一致,说明数值模拟方法可用于挑流消能体型设计,为类似工程提供借鉴。     

龙背湾水电站溢洪道挑流鼻坎优化研究

挑流消能的方式在水电工程中应用得极为广泛,而由于施工环境的不同,对于挑流鼻坎形式的要求越来越高。龙背湾水电站泄流量较大,下游河道较窄,通过模型试验对比了4种挑流鼻坎形式下(连续式挑流鼻坎、改进梯形差动坎、鼻形挑坎a、鼻形挑坎b)的下游冲坑的深度、位置、水舌入水宽度及大致形状等参数。最终确定的异形挑坎的方案明显减小了冲坑深度,水舌形态良好,满足工程的要求。相关经验可供类似工程借鉴。     

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.     

某抽水蓄能电站狭窄河道挑流鼻坎优化及下游防冲设计试验研究

针对某抽水蓄能电站下游的狭窄河道斜交挑流消能问题,对连续坎、窄缝坎和异型坎等不同类型鼻坎进行对比研究,推荐挑流水舌落点优、冲坑深度小的折线型贴角斜鼻坎为设计方案。为确保工程安全,对设计方案下游河道的水流流态和动床冲刷开展试验研究,结果表明,下游河道左岸岸坡附近流速较大,坝下0+260.00下游100m范围内冲刷严重,应对两岸和基础进行防护。研究成果可为类似工程的挑流消能鼻坎的选型和防冲设计提供参考。     

泄洪洞双扩型挑流消能水力特性数值计算

以某工程泄洪洞双扩型挑流鼻坎消能防冲为研究对象,基于三维不可压缩流体k-ε紊流模型,采用FLOW-3D软件对双扩型挑流鼻坎进行三维数值模拟分析,分析了下游河道流速、水舌是否直接冲击河岸,探讨了原始方案与2个优化方案的挑流鼻坎体型对河床的冲击及其水力特性,并针对不同工况时计算结果,给出了该挑流鼻坎的最佳体型,以满足消能和泄流的要求。结果表明:经多方案数值计算的对比,相比于原方案,反弧半径从64 m增加到128 m,反弧段长度增加10 m,边墙扩散宽度收窄0.4 m,挑角从43.4 °减小到25 °;调整后低水位低流量工况下水舌砸岸情况明显改善;水舌挑距从91.2 m增加到118.8 m,远离岸坡;河道左右岸最大流速分别下降0.7 m/s和1 m/s,且回流减小。研究成果可为挑流消能下游流态的改善提供一定的参考。     

某水电站泄洪洞挑流试验研究

针对某水电站泄洪洞出口原设计方案中存在明显的淘刷及较高的堆积体的情况,笔者采用水工模型动床试验,对比分析两种不同修改方案下的水舌入水流态及下游河道冲淤情况,对出口挑坎体形及布置方案进行调整优化。试验结果表明,采用斜切扩散坎,左侧挑坎底长10.1 m、出口挑角为15°,右侧挑坎底长12.0 m、出口挑角为17°,出口两侧扩散角为19.1°的布置方案有利于分散水流冲击力,河道沿程冲刷明显减轻,水舌横向扩散良好,仅有部分表面余能波及对岸山体。因此,推荐采用此方案进行泄洪洞出口挑坎体形设计和布置。     

挑坎水舌运动轨迹控导措施研究

依托某工程泄洪洞出口消能工体型优化试验,对常规挑坎、平面扩散型和纵向扩散型消能工（窄缝挑坎）的挑坎水舌特性进行了对比研究,其中重点对窄缝挑坎消能工鼻坎体型对水舌运动轨迹、水舌形态、入水范围的控导作用进行了初步探讨。研究结果表明：通过侧墙非对称偏向、出口局部偏转等措施实现挑坎水舌运动方向的控导效果,适应下游河道边界特殊需要,较好地解决了工程消能难题,可为同类型工程提供参考,但鼻坎体型、尺寸等参数与水舌运动轨迹的定量关系仍有待进一步深入系统研究。     

大石涧水库溢流坝挑流鼻坎体型优化试验研究

为解决大石涧水库溢流坝设计挑坎水舌空中扩散程度低、水流落点过于集中、两岸淘刷严重、影响岸坡稳定的问题,对其进行了水工模型试验研究,提出了4种修改方案,包括3种差动挑坎以及在差动坎基础上进一步优化的新型舌瓣挑坎。通过分析比较各方案30 a一遇(消能防冲设计洪水)工况下水舌扩散形态、下游河道冲淤情况等,得出新型舌瓣挑坎的各参数较优,能够较好地解决两岸淘刷严重的问题,满足下游消能防冲要求,将其确定为推荐方案。推荐方案下校核工况及设计工况的试验结果表明:采用新型舌瓣挑坎消能对泄水建筑物安全性无影响;校核工况下对下游消能区两岸产生冲刷,可能造成局部岸坡坍塌,护坦末端左半部有淘刷,但仍比坝基础高8.5 m,不会影响坝体稳定。     

燕尾型挑坎在李家岩水库溢洪道中的应用

针对李家岩水库下游消能防冲问题,通过1∶30水工模型试验对比了传统连续坎和新型燕尾型挑坎下游挑射水舌特性及河道冲刷形态。试验结果表明:燕尾型挑坎对上游来流的适应性好,起挑流量要求更小。燕尾坎体型下挑射水舌底缘偏离底板程度随单宽泄量的增加而增大,造成近端挑距越小。燕尾型挑坎相比连续坎水舌的横向扩散明显减弱,且沿水流方向充分拉伸,整个水舌落点范围呈狭长型,从而避免了对狭窄型水垫塘或河道两侧岸坡的冲刷,燕尾型挑坎更加适用于狭窄型河谷。燕尾坎体型下挑射水舌的落水范围总体相比连续坎得到伸展,有效减小了入水单宽流量,下游河道的水体波动及冲刷均有所减弱。在试验和类似工程的基础上总结得出了燕尾型挑坎的体型设计原则,相关研究成果可供其他工程参考。     

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。     

蔺河口水库坝顶表孔泄洪消能布置试验研究

蔺河口水库大坝为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高100m，主要由设在坝顶中央的5个表孔溢洪道泄洪。通过1：80的水工整体模型对其泄洪消能布置进行了比较深入的试验研究，利用一种独特的布置方式和一种能使水流产生三维扩散的新型消能工实现了高低坎水流碰撞消能、横向扩散碰撞消能，以及最大限度地增加落水面积；充分利用下游河道水体消能；从而较好地解决了消能冲刷问题，使冲刷深度由原来的40m左右减至15m以下。该试验提出的布置方式和消能可供类似工程参考。     

水库与河道采砂共同作用下的河道演变分析

水库与河道采砂共同作用下的河道有其独特的演变进程。以闽江下游河道为例,对水库及河道采砂作用下的河道演变情况进行初步分析,探讨了两者联动作用下的河道演变特征。结果表明:在水库清水下泄及河道采砂共同作用下,闽江下游河床的演变主要表现为河床纵横向的大幅度下切,河道断面面积显著扩大,河床泥沙损失量极大。在采砂得到禁止的北港,河床则较为稳定,冲淤幅度小。水库与河道采砂引发的河床演变均是使河床形态朝着与水沙条件相适应的平衡状态发展,两者作用下的河道演变呈现出3个特征:河道冲刷加剧,河床下切幅度明显;河床演变规律复杂,演变趋势难以准确预测;演变带来的不利影响非常严重。     

黄河下游不同流量级洪水冲淤特性的计算与分析

运用黄河下游水文学冲淤计算模型,对2002年和2009年小浪底水库调水调沙试验方案进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。以2002年调水调沙总水量为控制指标,选取2002年地形(长期淤积)和2009年地形(长期冲刷)为边界条件,以清水下泄和来沙系数为0.01 kg.s/m6两类洪水,按照不漫滩、平滩和小漫滩三种方案,计算了黄河下游河道在不同边界条件下的滩槽冲淤量,以及各河段平滩流量的变化特征,对比分析了两类洪水在不同方案下的滩槽冲淤效果。对于清水冲刷,当以下游河道的最大平滩流量控制小浪底水库下泄流量时,全下游的冲刷效益最大。对于来沙系数为0.01kg.s/m6的高含沙水流,流量级越大,全下游的主槽冲刷量和平滩流量增幅越大,但淹没损失也较大。需要通过进一步研究,得到使全下游冲刷效益和淹没损失达到最优化的流量,作为小浪底水库的调控下泄流量。     

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。     

三峡库区重庆主城区河段河床演变分析

三峡工程建成后,重庆主城区河段处于水库变动回水区,水流条件和泥沙运动规律将发生变化,该河段泥沙冲淤变化的分析研究,备受有关方面关注。根据2007年及多年所监测的来水来沙资料及河道观测资料,对重庆主城区河段的泥沙冲淤变化规律进行初步分析,结果表明：重庆主城区河段冲淤量主要与来水来沙条件、河道形态、两江相互顶托等因素有关;2007年重庆主城区河段冲淤主要分布在开阔段的缓流、回流区等部位;主要淤积期为6月中旬至7月中旬、9月中旬至11月中旬,主要冲刷期分别为年初至6月中旬、8月中旬至9月中旬、11月中旬至年末;全年略呈冲刷态势。     

持续冲刷期内黄河下游河床演变特点分析

基于2006年10月至2018年11月黄河下游12个典型断面观测数据,通过分析断面主槽平滩形态特征参数变化率及深泓线和主槽中心线的摆动强度,探讨了持续冲刷期内下游河床的调整变化过程及特点。结果表明:黄河下游断面形态调整表现出既有横向展宽又有冲深下切或淤高态势;河床平面摆动促进了断面主槽形态调整,河相系数变化率与深泓线和主槽中心线摆动强度均成正相关关系;来水来沙条件是主槽形态改变的主要驱动力,且可引起局部河段深泓线摆动强度增大。通过调整小浪底水库的运行模式及布设控导工程可进一步塑造并维持稳定的黄河下游中水河槽。