水利水电工程施工导截流模型试验中的阻力相似问题

施工导截流模型阻力不相似会导致试验成果与实际存在较大偏差。采用理论分析及水力计算方法,剖析了长导流隧洞壁面沿程阻力相似的影响因素,揭示了截流模型试验中阻力危机现象,提出了解决阻力不相似问题的途径。研究表明:对于隧洞导流模型受模型比尺制约,模型水流往往处于紊流过渡区,洞壁阻力系数是模型雷诺数的函数,如忽视模型阻力相似问题,会导致模型泄流能力试验值和洞内流态与原型存在较大偏差,可采取加大流量法或通过系统试验拟合阻力系数与模型雷诺数的关系,再对模型试验泄流能力成果予以修正。对于截流模型,块体抗冲稳定相似需满足推阻力系数相似,模型雷诺数Re_m只有在3×10⁴~2×10⁵时,绕流阻力系数C_d才为常数,可通过合理选择模型比尺使模型水流进入自模拟区,避免阻力危机。     

引洮总干渠明流过流能力研究

引洮供水工程要求总干渠在水库死水位时能够保证明流通过加大流量。隧洞明流过流能力与进口体型、洞内水深密切相关,计算显示,流量对洞内水深比较敏感。通过局部水力学模型试验,率定了洞内水深和流量之间的关系,结合糙率影响分析,证明总干渠在水库死水位不能通过加大引水流量。从流态、断面比能和模型比尺效应3个方面分析了总干渠死水位过流能力不足的原因,提出了加大过流能力的建议,认为减小隧洞糙率是保证在水库死水位时引取加大流量的最优措施。     

陡坡隧洞不同进口形式的水力特性分析

为研究陡坡隧洞的泄流能力和洞内水流流态等水力特性与隧洞进口形式的关系,以某水电工程支流导流陡坡长隧洞为例,运用水力计算分析和模型试验验证的方法,分析比较了锐缘进口和曲线进口形式对陡坡隧洞泄流能力和流态的影响。研究表明:采用曲线进口形式可以提高泄流能力,降低围堰高程,但设计工况下洞内流态处于明满交替流状态,不利隧洞结构安全;采用锐缘进口形式,泄流能力有所降低,但可避免洞内出现明满交替流状态。综合比较认为,在围堰规模较小时,设计陡坡隧洞采用锐缘进口更为合理。     

施工导流模型试验中的糙率校正

在施工导流模型试验中，一般要求观测洞内水流流态，关于流态相似问题，只有在原、模型糙率相似时流态才能完全相似。模型通常用有机玻璃制做，其糙率在0．008－0．009（一般采用0．0085），若导流洞衬砌采用砼浇筑，糙率np＝0．014，若采用喷锚支护,np=0．028。以1：100正态模型为例，前者要求模型糙率nm＝0．0065比0．0085小，后者要求nm=0.013,比0．0085大。糙率不相似时，两者明流的水面线模型比原型略高（或略低）。两者满流时，流态是相似的，但洞内糙率已起作用，实测下泄流量偏小（或偏大），应进行糙率校正。以模型糙率偏大为例，仅有一宁导流泄洪时，糙率校正方法早为大家共认，本文介绍有二条（或三条）导流洞联合泄洪时的糙率校正。     

水动力学模型在引水隧洞糙率反推及过流能力复核中的应用

引水隧洞受闸门启闭影响,其水流大都为非恒定流,传统方法采用恒定流模型进行糙率,存在一定偏差。为提高糙率反推精准度,文中以辽宁省某引水隧洞工程为实例,结合水动力学模型进行糙率反推,并对其过水能力进行复核计算。结果表明:和原型观测数据对比,采用水动力学模型的糙率反推值更为合理,引水隧洞可满足现状过水能力设计要求。     

水工模型多条有压隧洞联合泄流糙率校正方法

针对水利水电工程多条有压隧洞联合泄流时传统的糙率修正方法工作量大且精度不高这一问题,对多条有压隧洞联合泄流的糙率校正方法进行研究,采用一封闭的方程组求解各有压隧洞的水位校正值和实际过流量。此方程组考虑了有压隧洞间的互相影响,且仅需测量1组次多条有压隧洞同时泄流时的水位、流量数据。该方法在金沙江流域其宗水电站5条有压隧洞联合泄流模型试验中的应用表明,计算简单方便,可节省大量时间,糙率校正后的试验结果准确可靠。     

东庄水库隧洞淹没出流联合泄流水力计算

大型工程施工期间常涉及多个导流泄水建筑物联合泄流问题,为准确、快速计算东庄水库导流隧洞泄流能力,便于多方案比较和优化,基于施工水力学理论,提出隧洞淹没出流联合泄流水力计算模型,对东庄水库导流隧洞进行了各种出口流态条件下无压流、半有压流、有压流的全流态水力计算。泄流能力计算结果与试验值基本一致,模型同样适用于隧洞与缺口、隧洞与过水围堰等建筑物联合泄流计算问题。     

南水北调东线穿黄枢纽一期工程水力特性的试验研究

通过南水北调东线穿黄枢纽倒虹隧洞的泄流能力，局部水头损失，水流顶冲点位置及压力特性，竖井水流脉动压力等的试验研究，提出了对非阻力平方区管道模型糙率不相似进行修正的方法。     

导流隧洞出口段负压研究

基于某大型水电站导流隧洞,对出口段负压问题进行了模型试验和数值模拟研究,试验结果表明长距离导流隧洞存在大范围负压。通过对长距离导流隧洞建立了三维数值模型,采用CFD方法对其三维流场进行了仿真计算,数值模拟结果和物理模型试验吻合较好,验证了数值模拟的合理性。据此进一步模拟了不同特征流量下导流隧洞出口段的负压情况,模拟结果表明导流隧洞在各流量工况下负压范围和最大负压值均大于有压泄水隧洞自由泄流情况下的负压范围和最大负压值,最大负压出现位置也存在一定差异。对此模拟了几种典型压坡方式以及出口段轴线偏转对出口段负压的影响,提出了改善导流隧洞大范围负压的合理措施,同时分析了各压坡方式以及出口体型对导流隧洞泄流能力的影响,为类似工程优化设计提供科学依据。     

变坡长隧洞明满流水力特性研究

明满流交替是长隧洞常遇到的不利水流流态,尤其是洞内截留气囊输移现象会对隧洞结构安全构成威胁。通过试验研究,阐述了变坡长导流隧洞洞内流态的演变过程,指出随着上游水位上升,洞内水流流态呈现由水跃转变为明满流交替、直至有压流的演变过程,分析了典型流态下隧洞的泄流能力,得到了明满流交替的流量系数介于无压流和有压流流量系数之间的结论。同时探讨了明满流交替过程的压力波动,发现明满流交替的压力波动持续时间较长、振幅较大,但压力峰值持续的时间很短,并且截留气囊可有效减缓隧洞底部压力波动。     

太湖流域平原河网分流比影响因素

以太湖流域典型分汊河道为例,构建河道二维水动力模型,研究平原河网分流比主要影响因素及其作用机理,并运用岭回归建立了平原河网分流比预测方程。结果表明:平原河网分流比与糙率、支汊过水宽度比、水位差呈正相关关系,与干流流量呈负相关关系,与分汊角度关系复杂;干流流量和支汊过水宽度比是影响分流比的主要因素;构建的多因素平原河网分流比综合预测方程可用于预测平原河网分汊河道分流比。     

水电站放空洞及导流洞一体化流量系数分析

对高水头电站放空洞与导流洞结合的过流能力进行了水工模型试验,并采用CFD计算软件对放空洞有压段出口断面流量系数进行了计算。物理模型试验结果与数值模拟计算结果对比分析表明:不同水位下对应的放空洞压力出口断面数学模型与物理模型所得雷诺数都随库水位的上升而增大,上升幅度大致相同,且都有线性上升的趋势;前者流量系数为0.884～0.897,后者为0.902～0.904,最大绝对偏差为0.02,可见两者结果十分吻合;合理的压坡段坡度有利于增大结构过流能力。     

溪古水电站竖井旋流溢洪洞设计与分析

溪古水电站泄洪建筑物布置受地形地质条件限制,采用了结构简单、进出流方向不受限制的竖井旋流消能方式,在充分利用下部泄洪排沙（放空）洞具有较大的泄洪能力基础上,结合导流洞开挖后良好的围岩地质条件,适当减少了上部竖井旋流溢洪洞泄洪规模,将溢洪洞下平段与导流洞结合,优化了泄洪建筑物布置格局,并通过初设和施工详图两阶段水工模型试验分析对比验证,竖井旋流消能,是一种便于枢纽灵活布置、具有较高消能率的内消能工型式。     

长距离输水洞分水口模型试验及过流能力研究

水力学模型试验是验证过水建筑物设计合理性的重要方法之一。基于流体力学和水工模型理论对山西中部引黄工程输水洞分水口开展了模型试验研究。验证了总干隧洞、西干和东干支洞在闸门不同开度下的过流能力、流量分配;给出了闸门与闸前水面线高度的相互关系。结果表明:东西干闸门开度分别为0.60 m和0.56 m时能保证输水能力,并满足东西干流量分配;闸门启闭速率与闸前水位呈负相关。研究成果对无压输水隧洞分水口过流能力研究具有重要理论意义,并对闸门启闭和系统调度具有实际参考价值。     

小湾水电站施工导流水力学模型试验研究

根据小湾工程的实际情况、设计资料及导流指标,系统的分析了导流隧洞进出口处的河床堆渣及围堰爆破拆除后的堆渣对导流隧洞过流能力的影响和导流隧洞的冲渣能力;下游围堰坡脚处回流流速分布及对岸坡和坡脚冲刷的特性与程度。通过水力学模型试验研究,制定切实可行的导流方案及相应的保护措施,预测导流过程中可能出现的技术问题,为工程施工导流实施提供科学依据。     

引水工程分水口型式设计与过流能力研究

通过理论计算和模型试验,对东湖水电站引水隧洞工程清河分水口分流堰及侧堰过流能力进行对比分析,同时验证了侧堰泄槽的过流能力:分流堰过流能力研究按照自由出流及下游水位225.68 m两种工况考虑,侧堰过流能力研究按照闸门全关闭及局部开启两种工况考虑。研究结果表明,分流堰、侧堰以及泄槽的过流能力满足工程需求,设计型式合理可行,可应用于本工程,同时也为其他类似工程的设计提供参考。     

新疆柳树沟水电站工程的导流兼泄洪洞设计

在新疆柳树沟水电站的工程设计中,为了节省临建工程量,适当地抬高了导流洞的进口高程,使导流洞与永久泄洪洞完全结合,兼顾施工导流与永久泄洪任务;导流洞一次建成过流,在下闸蓄水后仅对工作闸室和出口鼻坎进行局部改建。经水工模型试验模拟和详细设计研究,并经1年半时间的导流期过水验证和初期下闸蓄水的考验,均正常运行。目前,导流洞的改建基本结束,工程即将竣工。运行验证和监测资料表明,柳树沟水电站工程的导流兼泄洪洞是成功的设计案例,总体达到了优化枢纽布置和减少投资的目的。     

导流明渠设计问题探讨

采用导流明渠的基本条件是河谷较开阔、河水分叉、枯水期有滩地出露、岸边具有台地、古河道、垭口、河湾等地形;其主要优点是过流能力较大、超泄能力较强、施工条件较好、造价相对较低等。导流明渠一般用于初期导流,中后期导流还需与底孔、隧洞、缺口等其它导流方式组合,以妥善地解决主体工程施工过程中的水流控制问题。导流明渠设计问题是在给定流量下,应使允许流速正好符合水力最佳断面而渠道坡降最经济。通过景洪、观音岩水电站等导流明渠工程实践检验,其成果可供大、中、小型水利工程导流明渠设计借鉴。     

黄登水电站导流洞围堰残埂对截流的影响

通过对黄登水电站截流模型试验的研究,分析了导流洞进出口围堰残埂对截流的影响。主要从上游水位变化、截流过程中的水力学参数变化及截流抛投材料变化3个方面进行分析研究。试验成果表明:进出口围堰残埂在一定程度上增加了截流难度,且进口围堰残埂对泄流能力的影响较大;随着泄流量的增加,残埂对导流洞泄流能力的影响逐渐降低。因此,应尽量将导流洞进口施工围堰拆除到设计高程。