高拱坝非对称泄洪消能布置优化试验研究

白鹤滩水电工程具有窄河谷、大泄量的特点,泄洪消能问题突出。为了避免有限空间内的水舌重叠,采用泄洪表孔3组非对称排布的泄洪消能布置方式。模型试验表明,原布置方案中在坝身泄洪孔口表、深孔单独泄洪时能有效分散水舌,但在坝身表、深孔联合泄洪时,水垫塘内冲击压力峰值超过常规标准,可能影响水垫塘安全运行。通过分析表、深孔水舌的空中碰撞特点,调整表孔俯角后,改善了水舌空中碰撞效果,同时改变深孔平面偏转角后,坦化了大功率泄洪时水垫塘动水冲击压力分布。优化后的非对称布置方案在高效消能的同时保证了水垫塘的安全。     

窄河谷高拱坝收缩式表孔体型研究

无碰撞泄洪消能方式是狭窄河谷地区高拱坝工程优先选择的坝身泄洪消能方式,其核心思路是利用宽尾墩形成横向收缩、纵向拉伸的表孔水舌,以适应狭窄河谷地形条件,同时满足表孔水舌从深孔水舌间隙穿插,表、深孔水舌空中不发生碰撞,从而减轻表、深孔联合泄洪时泄洪雾化的目的。然而,高拱坝表孔多为开敞式溢流堰结构,流道短、作用水头小、出流流速低,通常难以形成流态稳定、纵向拉伸效果好的表孔水舌。为此,以锦屏一级特高拱坝工程为依托,采用了理论分析与水力学模型试验相结合的分析方法,先后开展了5种收缩式表孔体型的探索研究,成果表明,采用宽尾墩辅以出口透空体型能够有效地提高表孔水舌的空中稳定性、改善表孔水舌纵向拉伸效果、增加水舌纵向入水长度,从而减小水垫塘底板的最大冲击压力。     

薄拱坝坝身泄洪布置及消能效果的研究

本文回顾了以往薄拱坝泄洪布置形式,阐述了提高坝身泄洪能力的途径,并引用模型试验测得的坝下冲刷区河床上动水压力和冲刷变化资料,分析了冲击消能的基本原理和消能效果,从而提出:(1)高拱坝采用表、中(深)孔水舌竖向冲击的消能方式,能明显提高消能效果,但必须注意对表、中孔体型、尺寸和水力指标的选择;(2)采用表、中孔分别单独运行的泄洪布置,需按表孔和中孔单独泄洪时的下游河床最大动力荷载设计防护工程,势必使工程费用增加,而不能发挥冲击消能的效益;(3)如必须考虑表、中(深)孔单独运行,则可表、中孔错开布置,避开表、中孔两层水舌交汇冲击;(4)当隧洞泄洪能抬高坝下水位时,宜按启用隧洞泄洪时总泄量的相应下游水位设计坝下的防护工程;(5)对具有足够的下游水深,河床又有一定抗冲能力的情况,坝的消能防护措施,可以考虑护坡不护底,这样既可节省防护工程量,又可减少防护检修工作。     

高拱坝挑跌流非碰撞水垫塘消能形式研究

在峡谷区修建高坝工程,坝身高水头、大泄量的消能防护是关键技术难题之一。本文通过模型试验和数值模拟,研究了收缩式消能工的作用和分层射流在水垫塘内流动特征与消能机理,论述了坝身分层、多孔、分散泄洪的可能型式及其优缺点。为避免射流水舌碰撞分散引起的溅水雾化问题,通过对坝身表、深孔的不同布置形式,创造性地提出表孔、深孔水舌分层入水非碰撞布局的水垫塘消能方案,和采用收缩式消能工,使表、深孔在横向交错布置,在立面分层泄流,深孔水舌穿过表孔水舌之间的空隙处射出,形成交错入水非碰撞格局的水垫塘消能方案。     

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔，并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明，当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时，获得了窄长的下泄水流流态，表孔和深孔水舌空中相互穿插下落，不发生碰撞，不仅实现了无碰撞消能的目的，有助于降低泄洪雾化的强度，而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间，特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。     

联合泄洪下跌坎消力池底板脉动压强试验研究

基于某工程模型试验,对跌坎底流消能工消力池在表孔和中孔不同运用方式下脉动压强大小及分布特性进行研究。试验结果表明:开孔方式不同对底板脉动压强影响差别很大,首先脉动压强峰值在底板所处位置表现各不相同,其次脉动压强系数沿底板分布表现为表、中孔联合泄洪要比表孔或中孔单独泄洪明显减小,说明在同等运行条件下采用表孔和中孔联合泄洪更有助于降低消力池底板脉动压强,对底板安全运行有利。     

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响，在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中，对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响，并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响，推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明，采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式，可以提高碰撞消能效果，减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。     

高拱坝坝身泄洪规模探析——以白鹤滩水电站为例

坝身泄洪规模对于高拱坝工程的泄洪安全有重大影响,是高拱坝水力设计中关键的技术参数之一。本文基于白鹤滩水电站坝身泄洪水工模型试验成果与水垫塘底板最大冲击压强宜小于15.0×9.8 kPa的技术基准,给出了该工程坝身泄洪规模的具体量值,并从水垫塘单位水体消能率角度与同类型工程进行了对比。试验研究表明,坝身泄洪规模与水垫塘底板冲击压强之间有显著相关性:在表孔单独泄洪运行工况下,随坝身泄流流量的增加,水垫塘底板最大冲击压强以幂函数的形式增大,且增幅十分明显;而在表深孔联合运行工况下,水垫塘底板最大冲击压强则主要取决于表孔与深孔泄流流量之比,基本上为线性关系。     

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。     

构皮滩水垫塘边墙衬砌块的受力分析

以瞬变流模型和随机信号理论为基础，在乌江构皮滩模型的水垫塘边墙上布置了五个测点，运用上举力量测仪量测板块所受的上举力．实验前对仪器进行了动态标定．量测了校核、设计、正常高水位下表孔单泄、表中孔联合泄洪共６种工况下衬砌块上的脉动上举力，得出相应的两个回归经验公式，为边墙衬砌块的设计提供了科学依据．     

三峡大坝泄洪坝段布置与结构设计

三峡大坝泄洪坝段总长４８３ｍ，最大坝高１８３ｍ，为混凝土重力坝，共布置有３层６７个泄洪孔，其中表孔２２个，深孔２３个，导流底孔２２个，表孔，深孔为永久泄洪设备，枢纽最大泄洪能力达１０２５００ｍ＾３／ｓ。泄洪坝段３层大孔口，坝体布置，结构复杂，坝基采用了封闭抽水排水措施，以减小扬压力，大坝横缝高程１１０ｍ以下的进行接缝灌浆，以增强大坝整体性和改善孔口应力；深孔有压段采用钢板衬护，以改善孔口的抗磨蚀性     

分层水库不同高程孔口泄流的分层流特性研究

分层型水库中不同高程孔口泄流是否能形成稳定的库内分层流对于水库水质分层泄流调控具有重要意义。针对狭长窄深分层型水库,采用垂向二维水温分层流模型对不同高程孔口泄流条件下的库内分层流进行了模拟,获得了表孔、中孔及底孔泄流所形成的分层流型态特性。初步研究表明:对于稳定分层型水库,各高程孔口泄流基本能在对应孔口吸出厚度层形成较稳定的水温分层流,且吸出厚度在空间分布上相对稳定,受其他水层影响相对较小。该结果为有针对地通过不同高程孔口泄放水库中的劣质水层创造了条件,有望为实现水库水质改善探索新的途径,并为水库多目标综合调度提供科学决策依据。     

消力池底板上举力的神经网络模型预测

利用BP人工神经网络的非线性映射功能,结合水槽中两种主要消能形式的模型试验,以流场中作用在板块上表面实测脉动压力为变量,构建了一个简单的上举力预测系统.经过实测资料验证,该系统预测效果较好.本文的研究成果对消力池安全实时监测具有一定的意义.     

窄缝消能工水力特性对比分析研究

以某大型水电站为例,基于RNG κ-ε和VOF相结合的数值模拟方法,对不同方案的窄缝消能工下游水垫塘内流态进行了对比分析研究,并与试验结果进行了对比,吻合较好。研究结果指出:(1)体型Ⅰ(3股纵向水舌消能方案)和体型Ⅱ(2股横向水舌+1股纵向水舌消能方案)条件下水垫塘内流态具有一定差异,但对水垫塘底板的冲刷效果基本一致;(2)两种体型条件下底板冲刷均由2~#表孔泄洪导致,而1~#和3~#表孔泄洪主流受到两侧回流及水体顶托作用下潜深度较小;(3)水垫塘首部基本为静压区,水垫塘桩号0+280 m下游底板压力较大,为主流冲刷区,2~#表孔下游为冲刷重点防护区域,而1~#和3~#表孔泄流方式对水垫塘底板冲刷较小。研究结果可为窄缝消能工的设计方案对比提供借鉴。     

周宁抽水蓄能电站下水库泄洪建筑物布置方案研究

针对周宁抽水蓄能电站调节库容小、洪水调节能力差,而且洪水的洪峰流量和洪量大等特点,用调整表孔、底孔结构尺寸的方式进行泄洪规模和表底孔泄洪能力分配的比选,探讨其泄洪建筑物的布置原则。不同方案的对比研究表明:最大下泄流量应以校核洪水下高水位时局部时段敞泄为原则进行设计,以减小闸门控制误差所造成的洪水雍高风险。对于调节能力差、洪水流量大的抽水蓄能电站工程,应布置表孔、底孔进行联合泄洪;底孔的布置应保证低水位时各频率洪水均得到快速下泄,避免在水位上升过程中出现滞洪现象;在总超泄能力满足泄洪要求的前提下,应选择表孔规模较大的方案,实现表孔和底孔泄流能力的优化分配。研究成果对调节能力差、洪水流量大的电站工程建设具有借鉴意义。     

皂市水利枢纽泄洪消能建筑物水力设计

根据坝址水文特性、规划要求及工程地形、地质条件,皂市水利枢纽泄洪消能设计采用了表、底孔相间布置联合泄洪、表孔宽尾墩底流--底孔射流--消力池联合消能的型式,适应了渫水洪水陡涨陡落、水位变幅大、泄流量大、防洪调度运行条件复杂及消能区地质条件差等特点,成功地解决了中水头、大单宽、低佛氏数消能问题,完善了枢纽坝后式厂房布置方案,并且满足了尽可能不扰动下游右岸水阳坪滑坡体的要求.     

用二维瞬变流方程分析缝面层中脉动压力传播规律

本文利用二维瞬变流方程探讨了高坝岩块底 部或水垫塘底板块底部脉动压力波的传播规律，并提出计算可能最大脉动上举力的方法和公式。