峡江水利枢纽大江截流施工方案数值模拟研究

为优化峡江水利枢纽大江截流施工方案,通过赣江峡江段平面二维水流数学模型对截流施工比选方案进行了数值模拟。采用峡江站水文资料及枢纽实测水位对模型进行率定,定量计算了两种不同截流施工方案坝址水域及过流建筑物水流形态,并分析了流场形态的变化特征和局部流态对枢纽尤其是龙口的影响程度。数值模拟结果显示,采用直线进占时,泄水流态差,围堰上游水位较高;折线进占虽流线流畅,上游主河道流速增大,但龙口泄流能力较差。研究结果为实际截流施工提供了论证和指导。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用 I:模型建立与率定

三峡工程三期截流具有流量大、落差大、龙口流速大等特点。为保证截流顺利实施,将一维和二维水流数学模型紧密结合,先用一维模型推求明渠的过流量及上下游戗堤承担的水位落差,再用二维模型模拟戗堤进占时明渠内的水力条件。然后利用已有的水工模型试验资料,对建立的数学模型进行了率定。率定结果表明:一维模型计算的明渠过流量、截流总落差、上下游戗堤承担的水位落差等结果与试验值相当接近;二维模型的计算结果不仅与试验值基本符合,同时又符合弯道水力学的基本特点。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用 I：模型建立与率定

三峡工程三期截流具有流量大、落差大、龙口流速 大等特点。为保证截流顺利实施,将一维和二维水流数学模型紧密结合,先用一维模型推求 明渠的过流量及上下游戗堤承担的水位落差,再用二维模型模拟戗堤进占时明渠内的水力条 件。然后利用已有的水工模型试验资料,对建立的数学模型进行了率定。率定结果表明：一 维模型计算的明渠过流量、截流总落差、上下游戗堤承担的水位落差等结果与试验值相当接 近;二维模型的计算结果不仅与试验值基本符合,同时又符合弯道水力学的基本特点。     

瀑布沟水电站截流水流数学模型研究

在江河截流过程中,随着戗堤的移动,龙口处河床及河岸边界条件不断变化,给截流设计中的水力计算带来了很大困难。以瀑布沟水电站为研究对象,通过经过验证的数学模型计算,获得了截流期间设计流量Q=1 000m3/s,龙口宽度发生变化时,坝区附近研究水域内流态的变化情况,得到了不同口门宽下龙口附近的水力参数,包括断面平均流速、断面平均水位、垂线平均流速等。计算结果与物理模型试验结果的比较表明:二维水流数学模型计算龙口处的平均流速、戗堤上下游水位落差、龙中最大流速等结果与试验值较接近,可为水电站的安全截流施工提供技术支持。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用Ⅱ：方案计算与反演计算

 采用率定后的一、二维水流模型，详细计算了各种截流方案下明渠内局部的水流流态，不仅对不同上下口门配合宽度下的水位落差分担关系进行了敏感性分析，还提出了不同截流流量下，在满足给定落差分担关系时上、下游戗堤的进占顺序以及相应的抛投块石粒径。各种方案计算结果表明：当截流流量为12 200 m3/s时，施工方案承担较大风险，宜优化；9 010 m3/s时，现有方案可以较好的满足。同时还反演计算了实际截流不同时刻明渠内的水力条件，计算结果表明：当上游龙口宽度在140 m之前或50 m之后，主要由上戗堤承担截流落差；而此范围之内，由上、下戗堤共同承担截流落差，计算与实测结果较为符合。     

截流戗堤单向进占的局部冲刷三维数值模拟

戗堤截流主要在河道截流和堤坝溃口封堵等水利和防洪减灾工程中得到应用,戗堤周围的水力冲刷直接影响工程的安全性。由于戗堤进占过程表现出较强的三维非恒定性,因此目前采用三维数值模型全面细致地模拟进占过程中戗堤周围的三维水流结构和冲刷特性较少。该文基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型,从室内明渠截流工程实验中得到的龙口平均流速、上下游水位落差、底床切应力分布与地形变化的关系等结果验证了数值模型的可靠性。利用该数值模型模拟了截流戗堤单向进占方式下不同进占长度时戗堤附近和龙口处的三维水流特性,以及戗堤周围局部冲刷地形的发展。通过分析水流特性与冲刷坑发展的关系,阐述了戗堤周围局部冲刷的物理成因。研究结果表明:涡旋和下潜水流是戗堤附近河床剧烈淘刷的主要原因;单向进占时戗堤对水流具有偏移效应;在初始阶段,冲刷趋势表现为沿堤头的上游至裹头下游形成的斜向轴线冲刷;在冲刷发展过程中,龙口中部出现泥沙淤积,主要冲刷区位于戗堤和裹头绕流后的底床。研究成果进一步表明数值仿真技术可应用于工程截流实践中,能预测截流中可能出现严重堤脚淘刷的位置与趋势。     

河道截流工程技术数值模拟

针对淮河临淮岗工程河道截流实际情况,采用水深平均的圣-维南方程组描述水流运动规律来建立二维水流数学模型,通过生成河道的正交曲线网格,进行截流水力学计算.重点分析两种截流方案中不采用定位沉船和采用定位沉船情况下龙口水力特征参数的变化,并利用截流难度评判指标来确定采用定位沉船技术对降低截流难度的作用,评价采用"单戗堤、单向进占、定位沉船、双向合龙"技术的必要性,选择适应于本工程的截流方案.     

基于CCHE模型的乌斯满引水枢纽水流数值模拟

通过CCHE2D平面二维水沙数学模型,采用非线性k-ε紊流闭合模型,有限元法离散控制方程和时间行进格式求解方程对塔里木河乌斯满枢纽模型进行二维水流特性数值模拟。分析了枢纽上下游水流水面形态变化、断面流速变化以及水位高程变化。探讨了引水闸及泄洪闸对计算河段水流流态的影响。将各典型断面水面高程变化与物理模型试验实测值进行对比,得到二者水面变化趋势基本一致。结果表明:CCHE软件能较好地运用于引水枢纽工程水流运动的数值模拟。     

三峡工程导截流数值实验室的建立及数值模拟(Ⅱ)

介绍了三峡工程导截流水流特性数值实验室的数值模拟技术及其应用情况.采用水深平均二维数学模型模拟坝址区大范围水域在导截流过程中水深平均的流场演变过程,利用二、三维耦合数学模型的概念,由二维数模成果给定三维模拟所需的初值条件及边界条件,使三维数值计算具有良好的精度和收敛速度.利用导截流数值实验室的实时数值试验,给出导截流过程关键部位的三维流速分布及水位分布,并与实测值吻合良好.这表明导截流水流特性数值实验室所采用的数值模拟技术合理可靠.     

平面二维数学模型在涉河工程中的应用研究

采用二维数学模型计算并分析了某拟建桥梁和某电厂取水建筑物兴建前后对河道水位及河势的影响情况,与采用桥渡设计规范的经验公式计算结果比较,两种计算结果比较接近,表明二维数学模型能较准确地计算涉河工程兴建引起的工程局部水位及流场变化情况,且能生动地表现其平面形态.该技术已成为当前研究涉水工程防洪影响情况最常用的一种技术手段和方法.     

Numerical modeling of flow and scouring around a cofferdam

When planning river hydraulic structures, the analysis of the hydrodynamic and bed elevation change is of great importance, particularly the assessment of the scour depth around a cofferdam. In this study, the flow field variation and the corresponding scour depth was simulated using two-dimensional hydrodynamic analysis and a bed-load transport model. The hydrodynamic model used the streamlined upwind Petrov–Galerkin (SUPG) finite element scheme to solve the Reynolds-averaged turbulent flow equations. Based on the results of flow field analysis, the bed-load transport model was able to simulate the scour hole development, where it was shown that velocity gradients dramatically increase due to the existence of hydraulic structures. The applicability of the model was tested by simulating the velocity field and bed elevation changes around the cofferdam constructed during the Lock and Dam No. 26 replacement project in the Mississippi River. The model created in this study is able to estimate the maximum scour depth, determine the configuration of the cofferdam to suggest changes to reduce any local scour, and suggest if protection materials around the cofferdam are needed.     

近坝消能区过水围堰水流特性研究——以富春江水电站船闸改建工程为例

水利枢纽工程改扩建过程中,为协调施工与泄洪的关系,往往采用过水围堰实现枯水期挡水施工、汛期过流泄洪。汛期泄洪时施工围堰的水力指标三维性强、沿程变化较大,处于泄洪建筑物下游消能区内的围堰段受水流冲刷强度较大,而远离消能区的围堰段受冲刷强度相对较小。为寻求安全、经济的围堰防护方式,采用三维数学模型模拟了某枢纽船闸改建工程泄洪时坝下水流流场,重点分析了围堰附近流态、流速分布、涡量分布及压力分布特性。研究结果表明:下泄水流在消能区围堰附近形成水跃,强烈紊动水流顶冲围堰;在横向围堰与上游局部纵向围堰区域形成高流速、高涡量、非静压作用区域,该区域需加强防护。研究成果为该工程围堰分段、分区防护提供了科学依据,也可供类似工程参考。     

金沙江向家坝水电站施工期坝区水位预报实践

施工水文预报随着工程的不断进展,将呈现出不同的技术特点。针对2008年12月向家坝水电站实施二期围堰截流后,河道水流特性及坝区水文情势较以前发生了根本变化的实际情况,阐述了两个预报难点：二期围堰截流后壅水型水库的形成及坝址下游横江的顶托影响。说明了现阶段坝区水位预报的流程及呈现出的规律。研究结果可为类似工程施工期的水文预报提供借鉴。     

围堰施工对湛江港海域水环境影响模拟

通过建立二维非稳态水动力模型,对湛江港局部海域潮流进行数值模拟。在潮流模拟验证正确的基础上,建立了悬浮物水质预测模型,预测了工程在水下作业过程中悬浮物浓度对海域水环境的影响,通过模型计算出悬浮物超标的面积等,从而分析了该工程施工对海域水质环境的影响。结果表明:工程围堰施工对周围200 m海域范围产生影响,浓度增量基本在10⁴00 mg/L之间,中心最高浓度达到400 mg/L,影响程度从中心向外递减。     

上游水电站围堰漫顶溃决条件下施工中期度汛水位数值模拟

比邻梯级水电站同期建设条件下,若上游水电站围堰遭遇超标洪水发生漫顶溃决,将严重威胁下游水电站施工中期度汛的安全,因此,对度汛水位变化过程进行数值模拟具有重要意义。基于水动力学理论方法,建立了上游水电站围堰漫顶溃决条件下中期度汛水位变化过程模拟的数学模型,并将该模型应用于大渡河流域某相邻梯级水电工程实例中。通过不同计算方案的数值模拟分析,结果表明:该模型及方法是可行的、有效的;相比于基于天然洪水流量的计算方法,所提方法更加贴近工程实际,且度汛最高水位明显增大,因而更有利于工程安全。研究成果为上游水电站围堰挡水条件下的施工中期度汛方案决策及防洪应急预案的制定提供了重要的理论依据。     

3-NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENT FLOW AFFECTED BY THREE GORGE PROJECT UNDER CONSTRUCTION

Because of the construction of the Three Gorge Project (TGP), the local turbulent flow, compared to the original, has been changed greatly. In order to analyze the variation of hydrodynamic feature in detail, a 3-D mathematical model was established to simulate the turbulent flow in the corresponding area. The results of computation indicate that great changes of flow took placed in the area close to the cofferdam, but the area is not large. The results are in agreement with that of the obtained.     

上游河道缩窄对泸定河段水流影响分析

以泸定电站上游堤防工程为例,采用河道平面二维数学模型对堤防工程修建前后的水流变化进行了数值模拟和计算,为工程的可行性认证提供初步依据。计算结果表明：堤防工程修建后,无论泸定电站修建前还是建成蓄水后,河段均出现两个壅水区和两个跌水区;主河道流速变化不大,主流位置和主流带流速稍微右移。对同类工程的论证有借鉴和参考作用。     

3-D NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENT FLOW AFFECTED BY THREE GORGE PROJECT UNDER CONSTRUCTION

1. INTRODUCTIONFor the harnessing, exploiting and utilizing of the famous Yangtze River, the Three Gorge Project (TGP) is a key project. It has many profits like flood prevention, power generation, improving navigation condition and offering water resources etc. In 1997, the success in cutoff of the Yangtze River indicates that the first stage of the TGP has been completed. Then the second-stage of TGP began. During the second stage, the cofferdam close to the left bank used for co…     

苗尾水电站施工期溃堰洪水计算分析

苗尾水电站施工期临时围堰挡水度汛期间,若因上游超标洪水导致围堰溃决,将引起围堰库区水体骤然下泄,形成较大溃坝洪峰向下游传播,严重威胁下游两岸村镇及功果桥梯级电站的安全。根据溃坝洪水传播和运动的特点,建立了一个包括围堰溃决过程和洪水演进的溃堰洪水数学模型。利用该模型,合理假定围堰溃决模式,拟定不同的计算方案,对苗尾水电站施工期围堰溃决及溃堰洪水演进过程进行了模拟计算。通过模型计算可以得到各特征断面的最高水位和最大流量值,并可以得到溃堰洪水传至各特征断面的演进时间。因此,可以利用溃堰洪水数学模型,为围堰溃决时下游河道两岸的洪灾分析及溃堰应急预案制定提供科学依据。     

河道整治工程数值模拟分析

通过建立平面二维数学模型,应用MIKE21水动力模块对某工程险段拟采用的方案流场进行动态模拟,并对比分析工程方案实施前后险段流场的变化情况,为该工程险段河道整治方案工程设计提出建议.