截潜流工程的几个问题的探讨

吉林省山区半山区群众,几年来修了不少的截潜流工程,截引河床下的潜流进行灌溉,有些地方,在同一河床上,连续修了几座至十几座暗坝,一个阶梯一个阶梯地把河床下面的潜流充分开发利用起来,获得很大效益,我们把这种工程叫做阶梯开发暗流工程。这种工程比较简单,很容易搞,花钱也不多。这种工程都是凭经验修起来的,在技术上没有很好的进行研究和分析,缺乏科学理论的指导,在技术上还有许多问题,比如:隔多大距离修一座截水暗坝比较合适?每座截水坝能截引多少水量?坝修在什么地方好?坝以什么形式为好等等,这些问题都还没有完满的答案。笔者根据我省延边地区群众几年来截引潜流     

高水头阶梯溢流坝掺气坎体型优化试验研究

针对阶梯溢流坝前端设置掺气坎,以提高坝面减蚀能力与坝体消能率的研究理论尚不成熟的现状,通过9组不同掺气坎的水工模型试验,采用极差与方差分析方法得出了掺气坎角度与高度对阶梯溢流坝联合消能方式水力特性的显著性影响.试验结果表明:与掺气坎高度相比坎角度对台阶面最大负压影响较大.掺气坎角度为11.3°,坎高度为1.0, 1.3 m时,台阶面最大负压最小,分别为-9.25 kPa, -8.56 kPa;掺气坎角度对影响反弧段时均压强的显著性不如掺气坎高度,而两者对消力池最小时均压强的显著性影响相差不大.当掺气坎角度为11.3°,高度为0.7, 1.0 m时,上游水流对下游的冲刷强度较小,水体掺气充分,反弧段最大时均压强分别为424.44, 431.73 kPa;根据坝体消能效果,掺气坎高度是影响阶梯溢流坝消能率的主要因素.根据各因素综合分析,推荐掺气坎角度为11.3°,高度为1.0 m时为最优坎型,其消能率为53.63%.     

导流隧洞出口小挑坎体型参数试验研究

采用物理模型试验方法,研究了设置于导流隧洞出口处的前置凸坎式连续挑流坎的体型参数,通过观测衔接流态、岸边流速、河床冲刷、上游水位等指标,重点对比了首部坎高与出口挑角两项体型参数。观测成果表明,首部坎高宜小于导流隧洞出口高度的10%,以减小坎高对上游水位的影响;出口挑角介于45°～60°之间,对衔接流态、河床冲刷等方面的改善明显。试验成果能为空间局促、常规消能设施布置受限、单宽流量大的山区河流导流隧洞出口消能设计提供参考。     

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。     

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。     

拦蓄明流 截引潜流

我县城关公社从1958年冬开始在白沙河的上游修建河道水库一座,把河槽明流和潜流同时拦截起来,引水流量加大一倍以上。白沙河的河床宽200—300米,坡度约1/500—1/1,000,沙层一般厚5—7米,一般季节明流水达0.7个流量,潜流水达1个流量。从1959年10月起动员2,100个劳动力在白沙河上游修建一座容量达60万方的河槽水库,既蓄集河里的明流水,又截引河槽的潜流,引水灌溉,     

渥奇面上掺笺挑饮布设位置的探讨

渥奇面上设掺气挑坎,流速大时可能发生散水现象,强烈散水会对泄洪建筑物产生不利影响,应尽可能避免。经试验研究发现散水现象的强弱与掺气挑坎布设于渥奇面上的位置有关,布于下游明显弱于上游。主要原因是加设挑坎后,边界变化的剧烈程度不同,上游边界变化更为剧烈。实际布置中,在合理保护范围内,在不发生散水等不良水力现象的基础上,应将掺气挑坎尽量往上游布置,目的是增大保护范围,提高安全性能。     

渥奇面上掺气挑坎布设位置的探讨

渥奇面上设掺气挑坎,流速大时可能发生散水现象,强烈散水会对泄洪建筑物产生不利影响,应尽可能避免。经试验研究发现散水现象的强弱与掺气挑坎布设于渥奇面上的位置有关,布于下游明显弱于上游,主要原因是加设挑坎后,边界变化的剧烈程度不同,上游边界变化更为剧烈。实际布置中,在合理保护范围内,在不发生散水等不良水力现象的基础上,应将掺气挑坎尽量往上游布置,目的是增大保护范围,提高安全性能。该结论对渥奇面掺气挑坎的布设有指导意义。     

拦河闸下游消力池陡坡段阶梯布置和研究

拦河闸下游河道河床下切、水位降低之后,其下游消力池需改造或重建,或者在保留现状消力池条件下,在现状消力池下游修建二级消力池,以确保拦河闸泄流的消能及其上、下游水流衔接过渡。通常,可在一级消力池下游陡坡段设置不连续的外凸型阶梯,增大陡坡段泄流消能率,以减小下游二级消力池的规模,节省工程投资。本文结合现有的研究成果,对拦河闸下游两级消力池之间陡坡段的外凸型阶梯布置和水力计算方法进行分析,并给出相应的算例,供类似工程设计参考。     

导流兼泄洪冲沙洞消力池体型优化及河床冲刷研究

导流兼泄洪冲沙洞中消力池经常存在水跃波动范围不稳定、水流跃出边墙等问题。为获得良好的消能防冲效果,通过数值模拟与物理模型试验相结合的方法,对导流兼泄洪冲沙洞泄洪过程的流体运动进行研究,获得流场水力性能参数以及下游河床冲刷情况,分析不同方案对消力池水力特性的影响并进行物理试验验证。结果显示：消力池末端在增设矩形尾坎后水流流态得到改善;同时池内进出口流速降幅最大为7.66 m/s,而压强分布均匀、无负压产生,且消能率达到80.60%。在设计和校核工况下,增设矩形尾坎后河床冲坑范围相较于原方案分别减少12.20 m和13.30 m,其最大冲坑深度分别较原方案减少0.48 m和1.00 m,对下游防护效果明显。研究表明：所设的体型优化方案均能有效的提高消力池的消能效果,在增设矩形尾坎后流场分布均匀且减轻下游河床冲刷的效果最佳。该研究成果可为导流兼泄洪冲沙工程提供参考。     

植草河床的糙率系数试验研究

为分析植草河床的糙率系数取值和影响因素,采用室内物理模型和原体天然植物相结合的试验方法,选取东北地区河道滩地常见植被高羊茅,对3种不同流量、2种不同植物密度、3种不同植物高度,共21组工况进行试验分析。结果表明,天然植草河床糙率值的大致范围是0.0332~0.0641,糙率系数随着冲刷历时和流量的增大而减小,随着植物密度和植物高度的增大而增大。相同条件下,植物高度对水流的阻力作用比植物密度的阻力作用要大。     

清水冲刷山溪性卵石河流河床粗化室内试验研究

为探究清水冲刷后山溪性卵石河床流速、粗化级配和冲刷深度的变化规律,以水槽概化模型试验为主,设置3组流量、坡度、非均匀沙,对河床变化过程进行初步研究.研究结果表明:不同工况下,测线流速与冲刷深度沿槽宽分布不均,由边壁至水槽中心呈增大趋势.流量一定、坡度增加时,测线流速与水深呈反比;坡度一定、流量增加时,测线流速与水深呈正...     

引黄灌区侧向取水口泥沙淤积和入渠特性

以内蒙古磴口引黄扬水灌区为研究对象,根据4个灌水期泵站开、停泵时取水口前的泥沙淤积厚度以及运行期间取水流量和入渠含沙量的检测结果,研究了取水口泥沙淤积特性和入渠特性.结果表明,流速比和取水口分流宽度是影响泥沙入渠的主要因素.流速比越小,取水口分流宽度越大,横向环流作用越强,推移质入渠量越大.侧向取水的泵站,取水主流区偏向下游,当流速比增大时,取水主流区更偏向下游.在平面回流和横向环流的共同作用下,取水口推移质入渠量呈现下游大于上游的分布.取水口前设置拦沙坎可以有效地阻止推移质入渠,拦沙坎顶部设在距自由水面1.6 m以下,既可以极大地减少泥沙入渠,又可以获得较好的水流流态,防止水泵空化、气蚀.     

扭切式鼻坎出坎水舌空间形态分析

针对狭窄弯曲型河道,泄水建筑物末端布置传统的连续式挑流鼻坎,出挑水流直冲对岸,既威胁岸坡安全、水舌也难以平顺归河。通过RNG k-ε紊流模型和Tru-VOF法,对扭切式挑流鼻坎出坎水舌及空间形态进行三维数值模拟。研究表明,扭切式鼻坎的大角度挑射使出挑水舌竖向拉开明显,左侧边墙的偏转能够保证出坎水流发生横向翻卷,使水舌落点导向右侧河床,在有效适应下游河谷地形变化的同时,能够减轻对下游河道的冲刷并改善雾化现象。模拟成果还表明,扭切式鼻坎出口附近最小空穴数σ=0.60,空蚀破坏不易发生。      

库区河道阻力的初步研究

在实测资料的基础上，对水库库区三角洲河道水力几何形态的特征，沙纹、沙垅的消长，水流阻力的变化以及水温对水流阻力的影响等进行了初步分析。在前人研究的基础上，分别建立了沙垅阻力、总阻力、冰期阻力与水流强度间的关系。通过对某水库实测河床形态与阻力资料的检验，前述关系得到比较满意的验证。     

立堵截流增大抛投强度效应分析及龙口特征指标变化规律

在山区河道截流中,多种不利因素综合作用会导致截流难度较大,尤其龙口河床冲刷下切和戗堤坍塌,会直接影响戗堤堤头的稳定安全。采用理论分析和模型试验相结合的方法,首先分析了增大抛投强度所具有的时间效应和空间效应,再对抛投强度增大引起的龙口水力学指标、冲刷变化规律和流失率变化规律进行研究。研究结果表明:抛投强度增大对龙口落差的影响相对显著,而对龙口平均流速的影响较小;在采用大石料抛投时段内,增大抛投强度的时间效应和空间效应逐渐显著,落差和流失量显著减小;在截流困难时段,增大抛投强度对龙口冲刷深度的减小效应相对减弱,但可降低戗堤坍塌量与减少坍塌次数,继而加快戗堤进占速率;采用量纲分析方法,基于实测数据,拟合了基于抛投强度的抛投料流失率计算公式。研究成果能够丰富减小截流难度的工程措施,并可为山区河道截流提供技术参考。      

基于WASP模型的东辽河水环境容量计算

根据全面了解的东辽河流域水文资料、水质资料、污染源以及污染物的调查资料,应用WASP水质模型,建立东辽河水质模拟模型,定量描述了排入河流中污染物的数量与河水水质之间的关系。根据东辽河水质污染现状和河段的功能区划,选用氨氮作为控制指标,利用建立的水质模型模拟计算了不同频率年(25%、50%、75%)情况下东辽河的水环境容量。结果表明:氨氮在25%、50%、75%保证率下的水环境容量分别为1 754.752、720.334、155.685t/a,并且下游水环境容量明显大于上游。结合东辽河流域的现状排污量,得出东辽河流域污染严重,应采取相应措施减排以改善水质。     

糙率对截流难度的影响

在截流工程中，加糙可以使河床底流速降低，其降低幅度与河床相对粗糙度有关，河床相对粗糙度越大，河床底流速降低值越大，反之，则降低值减小；底流速的降低，可以有效地减小舌状堆积体长度，减少抛投料和缩短截流时间，从而降低截流难度。     

黄河沙坡头连续弯道环流运动与冲淤特性实测数据分析

利用声学多普勒流速剖面仪、回声测深仪等测量仪器,对黄河沙坡头段连续弯道中10个典型断面的流速、水深、河床高程等进行了实测.通过分析各断面流速等值线、平面流场和近几年河床高程的变化情况.结果表明,弯道断面流场的主流分布与河床底部泥沙冲淤分布基本相一致,满足弯道水流的一般规律:凹岸冲刷,凸岸淤积.