外凸型阶梯陡槽段水力特性试验研究

溢洪道陡槽段设置不连续的外凸型阶梯之后,可明显降低陡槽段流速,增大泄流的消能率,简化其下游消能设施。在水力模型试验的基础上,对陡坡段坡度1∶1和1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流流态进行观察和测试,对这两种坡度的外凸型阶梯陡槽段应用条件进行分析,提出了坡度为1∶1.5的外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深的计算方法。应用本文成果和结合前期的研究成果,可将外凸型阶梯陡槽段泄流水面掺气断面位置和水深计算的坡度范围由1∶2~1∶6扩展为1∶1.5~1∶6,并可进一步计算出相应坡度水面掺气断面下游掺气水流区段的沿程水深和消能率。     

阳江核电水库溢洪道消能试验研究

阳江核电水库溢洪道上、下游落差大，受地形条件的限制，一、二级消力池之间由两段弯道组成，弯道内产生折冲水流和偏流，流态较复杂。本文对阳江核电水库溢洪道工程方案进行试验研究，将溢洪道闸墩改为宽尾墩，并在一级陡槽段槽面加设阶梯跌坎，再抬高二级陡槽段堰顶高程，使弯道调整段水深加大等，改善了溢洪道运行流态，妥善地解决了溢洪道泄流与下游河道水流衔接的问题。     

某水库溢洪道泄洪消能的试验研究

针对某水库溢洪道消力池内水流流态较差、消能效果不理想和对下游岸坡冲刷严重等问题,通过水力学模型试验,在原设计方案基础上对比分析了消力池集中消能和阶梯分级消能两种消能方式,并观测了消力池水流流态、底板压强、下游河道水面线等水力特性指标。结果表明,消力池集中消能方式更适合本工程地形特点、地质要求,消能效果明显,出池水流流态较好,与下游河道水面衔接平顺,并且水面波动较小,满足泄洪消能要求。     

弯曲河道上底流消能工布置试验研究

传统的底流消能工常布置在顺直河段,针对受实际条件限制必须在弯曲河道上布置底流消能工的技术难题,基于某水库工程的物理模型进行了试验对比研究。试验结果表明,所提出的主、辅两级消力池与导流消力墩这一消导结合的消能工结构在弯道段水流流态、消力池回流强度、弯道段坡脚冲刷强度等水力指标方面均优于传统直线型消力池布置方案和曲线型跌坎消力池布置方案,解决了弯曲河道段布置底流消能工的技术难题。     

新集水电站泄洪消能防冲刷优化研究

在低水头、大单宽流量泄洪建筑物下游普遍存在河床冲刷等问题,结合新集水利枢纽工程、利用水工物理模型试验,通过对比分析原消力池(由连接闸室底板的斜坡段和带尾坎的水平护坦组成)和T型墩+尾坎联合消能工两种方案消力池段及海漫段的流速分布、消力池消能率、流场分布及下游河床冲刷情况,得到以下结论:T型墩+尾坎联合消能工通过扩散和挑起水流,增大池内消能比重,削弱波状水跃~([1]),降低了出池流速,并在海漫段形成二次水跃,大幅提高了整个消能段消能率,下游河床冲刷明显降低。该消能工优化设计方案为工程的消能优化研究提供了强有力的依据。     

水利工程溢洪道底流消能水力特性分析

合理地选择溢洪道建筑物消能型式,是关系到整个水利工程安全与经济的重要问题.通过溢洪道设计规范进行消能方式水力学计算,结合物理模型试验对传统底流消能与跌坎型底流消能水力特性进行了对比分析,结果表明:传统底流消能在校核洪水下泄流量时,底流消能方水流进入消力池后产生一定程度的远驱式水跃,消力池消能主要位于消力池后部,消力池后部及出口水面壅高较大,且波动剧烈,没有形成相对稳定的消能水体,消力池消能效果不太好,需要增加消力池长度;跌坎型底流消能消力池底板高程降低1 m,但是临底流速较底流消能得到大幅度降低,池内水流扩散充分,剪切明显,消力池后段形成了稳定的水体,消能效果良好,出水渠内水流流态得到改善,不容易对消力池冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大相对不容易发空蚀,可能避免消力池空蚀破坏,最大水跃位置向前移动7 m,水流不会冲击底板和尾坎,水流垂直溅起,因此消力池内流态稳定,雾化影响较小,具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.     

南阳渠工程南阳山陡坡消能水工模

南阳山陡坡由于陡坡落差大,且处于不良的地质条件下,为消力池的选择型式带来了困难。尾栅式消力池是由放置在池中的一定位置的弧形消力墩、池尾的栅式尾坎和池后的二级消力墩组成。弧形消力墩可基本解决渠道初始放水过程中消力池的水流垂直跃起的问题,在较小级流量时,可起到稳定水跃跃首位置的作用,而在较大级流量时增加了消能的效果。池末尾栅的几何尺寸及角度经过优化后可保证在各级流量下池内均呈理想的小淹没水跃状态,在跃首位置几乎一样的情况下,尾栅设计可最大限度地降低池末尾水高度,均化池后水流流速,同时还有消能及保证冬季消力池内水流排空的作用。池后的二级消能墩的主要作用是保证在各级流量下,池后水流均能以缓流形式光滑与墩后水流相接。     

南阳渠工程南阳山陡坡消能水工模型试验研究

南阳山陡坡由于陡坡落差大,且处于不良的地质条件下,为消力池的选择形式带来了困难.尾栅式消力池是由放置在池中的一定位置的弧形消力墩、池尾的栅式尾坎和池后的二级消力墩组成.弧形消力墩可基本解决渠道初始放水过程中消力池的水流垂直跃起的问题,在较小级流量时,可起到稳定水跃跃首位置的作用,而在较大级流量时增加了消能的效果.池末尾栅的几何尺寸及角度经过优化后可保证在各级流量下池内均呈理想的小淹没水跃状态,在跃首位置几乎一样的情况下,尾栅设计可最大限度地降低池末尾水高度,均化池后水流流速,同时还有消能及保证冬季消力池内水流排空的作用.池后的二级消能墩的主要作用是保证在各级流量下,池后水流均能以缓流形式光滑与墩后水流相接.     

若干拦河闸下游河道水位降低的消能问题及改造研究

拦河闸下游河床下切、河道水位下降,会造成其下游消能工无法正常运行,需采取相应的工程措施解决。本文根据广东省流溪河大坳拦河闸、东江水利枢纽左河汊拦河闸、乌石拦河闸、潮州供水枢纽西溪拦河闸等四座拦河闸下游消能工除险加固的水力模型试验成果,介绍了拦河闸下游河道水位下降后的下游消能工改造优化方案及运行情况,供类似工程设计和运行参考。     

阶梯凸起数量对一体化消能工水力特性的影响

基于阿海水电站5孔溢流表孔,在掺气坎高度1 m、角度10°的条件下,对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池一体化消能工进行阶梯凸起数量分别为0,1,2,3的4种过渡阶梯进行水工模型试验,分别从水流流态、消力池水面线、近底流速、负压、时均压强以及消能率等多个水力特性进行研究.研究结果表明,近底流速随着可掺气空腔体积的增大而减小,随着阶梯凸起数量的减少而增大,在二者相互作用下,各方案流速在消力池末端达到最小,其中方案2流速最小,为22.23 m/s;由于可掺气空腔体积和凸起型阶梯的数量的共同影响,方案2的负压最小,达-33.66kPa;方案1,2,3,4的消能率依次为59.56%,61.06%,60.37%,59.99%.方案2的消能率最高.     

小河水电站溢洪道体型优化试验研

小河水电站溢洪道试验泄流能力大于设计泄流能力，整体布置方案优化后泄流能力满足设计要求，并大大减小了工程量。针对溢流堰闸墩后产生的水冠以及出口消能段存在的问题，通过模型试验进行体型优化，取得了较为理想的成果。① 中墩由原来4.0m改成3.0m厚并在其后部以流线型尾墩相连接，基本消除了水冠，大大降低了冲击波高，泄槽水流稳定。② 经过窄缝式挑坎和斜切挑坎试验方案比较，斜切坎能够很好地适应溢洪道轴线与下游河道流态衔接，同时达到了消能和改善下游河道流态的目的。     

转弯河段重力坝组合挑流消能建筑物体型优化试验研究

针对某大型水电站采用组合挑流消能方式时其消力池下游河道转弯、水流归槽难等问题,对2种泄洪消能建筑物体型布置方案的水力特性开展对比试验,获得挑流水舌及入水形态、消力池内流态及出池水流衔接等水力参数;通过体型优化,获得了满足设计要求的推荐方案,消除原设计方案中消力池底部冲刷严重,出池水流偏离主河槽且与下游河道衔接不佳,河道水位波动较大等不利水力学条件.     

自由出流的拦河水闸消力池计算探讨

拦河水闸下游消力池尾坎自由出流时，其下游河床水深ht往往小于相应的临界水深hk，消力池水力计算无法满足相关水闸设计规范水力设计的要求。目前，有关自由出流拦河水闸消力池的水力计算方法尚不够完善，给工程设计带来极大的不便。在总结有关水闸下游消力池研究成果的基础上，在假设自由出流的消力池下游河床水深ht等于临界水深hk的条件下，对自由出流的消力池尾坎高度计算进行探讨，提出了相应的计算方法。研究成果得到了水力模型试验研究的验证，具有计算较方便的特点，可供类似工程设计和运行参考。     

华阳河水库溢洪道泄洪消能试验优化研究

采用1∶60水力学整体模型,针对华阳河水库溢洪道除险加固初步设计方案进行了相关水力学问题的试验研究,并开展了进一步改善溢洪道消能防冲效果方案的优化试验。研究成果表明:在基本满足溢洪道泄流能力情况下,为改善原设计方案在2级消力池内水流流态紊乱,消能效果差的情况,经多方案比选论证,建议在2级消力池内布置系列消能墩,实现消能率达69.9%以上,且增加工程投资不多。优化后的2级消力池体型已经运用到工程设计中。     

阳升观水库台阶式溢洪道水工模型试验研究

结合阳升观水库枢纽5号溢流坝段,采用水工模型试验方法对溢流堰的泄流能力、溢洪道台阶面的流态,压力和台阶式溢洪道+消力池联合消能率等方面进行了试验研究。结果表明,溢流堰的实际过流能力满足设计要求;台阶面的水流为滑移流,掺气充分,流态较好,消力池内流态紊乱,池尾部水面波动强烈;台阶立面阳角附近普遍存在负压,但其量值较小;台阶式溢洪道+消力池联合消能率在3种特征工况下都超过了90%,其中大部分能量被消杀在溢洪道的台阶面上。     

平原进洪闸消能试验研究

某进洪闸改建方案模型试验表明，消力坎式消力池消能所需下游水位与较低的设计下游水位不能平顺衔接。通过多组试验，研究分析了多种因素（消力坎高度、消力池长度、消力池底高程、是否设消力坎等）对解决下游水位衔接问题的影响。试验表明：保留消力坎时，消力池护坦长度和消力坎高度的有限调整，不会使跃后水深出现大的变化，不改变原消能形态；去掉消力坎形成无坎一级消力池，从根本上改变了原消能形态，在消力池内呈现正常消能形态，与下游水位连接平顺；无坎一级消力池池底高程少量抬高，基本不影响消能形态，仍能呈现正常水跃消能。因此，提出了无坎一级消力池的有效解决方案；并为该进洪闸及滞洪区提供了安全合理的运用方式。     

首级台阶角度对联合消能工水力特性的影响

为了改善高水头大单宽流量阶梯溢流坝掺气特性,结合阿海水电站,通过1∶60的水工模型试验,对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯上首级台阶台面上挑5°,10°,15°,水平0°和下跌5°,10°,15°时分别进行了水工模型试验.从空腔长度、消力池的水流流态,底板时均压力、临底流速、消能率等各个方面,寻找能改善掺气特性的首级台阶台面角度.结果表明:掺气空腔长度随着首级台阶台面角的增大而增大;空腔最大负压随着台面角的上升而减小,且随着台面角的上升,最大负压从第2级阶梯的立面转移到第1级阶梯的立面;消能率随着首级台阶台面角的增大而略有增大,首级台阶台面上挑消能效果略优于下跌或水平.首级台阶面上挑15°为掺气效果最好的过渡台阶衔接体型.     

三道湾水电站正常溢洪洞及泄洪排

试验表明，三道湾水电站原设计存在以下问题：泄洪排沙洞单独全开运行工况下，其进口上方存在贯通性吸气漏斗漩涡；正常溢洪洞进口侧收缩十分严重，泄流量不足，闸后存在水翅、折冲波等不良流态，下游消能效果不佳；针对实际情况，试验通过在泄洪排沙洞进口增设消涡格栅，在正常溢洪洞进口设置椭圆形导墙、延长闸后收缩段，下游采用扩散挑流消能等措施，很好地解决了上述问题。     

掺气坎组合首级台阶对阶梯溢流坝面的影响

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.     

刘家沟水电站溢洪道泄洪消能方案试验研究

针对刘家沟水电站溢洪道消能效果不理想以及下游岸坡冲刷严重问题进行水工模型试验,在原方案基础上开展了一系列改善溢洪道消能防冲效果的优化试验。经过多方案比选验证,在满足溢洪道泄流能力的条件下,采用岸坡分散水流结合公路平台挑流的方案消能效果更为理想,下游河床河势稳定,且造价合理,较好地解决了工程所在下游河床较为狭窄且右岸岸坡存在大型崩滑体的技术难题。