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。     

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。     

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。     

低Froude数新型消能尾坎数值模拟研究

低佛氏数水流在下挖式消力池的消能不充分,一般采用在消力池尾坎处增设消力坎形成综合式消力池,从而增加消力池内的消能率。针对新集水利枢纽工程综合式消力池的消力坎体型设计对消力池消能率的影响,基于Flow3D对不同形式的消力坎进行了数值计算,给出了Fr2.0时的综合式消力池的体型设计形式,提出一种新型消能尾坎,这种齿形消力坎对增加消力池消能率具有重要作用。     

梯形明渠临界水深的计算解法

1 梯形断面渠道临界水深计算方法 梯形断面渠道临界水深hk的计算是水力计算中的一个基本问题,设梯形断面渠道底宽为b,边坡系数分别为m1、m2,设计流量为Q,水深为h,见图1.     

土石坝坝体溢洪道泄槽水面线若干

通过试验研究对土石坝坝体溢洪道采用曲线型堰的泄槽水面线起算水深进行了观测，发现圆弧曲线堰及翼型堰的起算水深均小于0.7倍临界水深hk。 利用已有的试验资料分析了泄槽设置掺气挑坎后对水面线产生的扰动影响。分析结果表明,由于掺气挑坎对水流的扰动和挑流作用 ，使得泄槽内的水深增大；掺气挑坎对水面线的影响程度与流速、掺气挑坎的体型等因素有关；当泄槽内设置多道掺气槽时，上一级掺气挑坎的体型对下一级掺气挑坎处的水深也有一定的影响。     

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,消力池消能效果不佳,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时,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,难以对消力池产生冲刷破坏.跌坎型底流消能空化数增大降低了空蚀发生概率,可避免消力池产生空蚀破坏,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,其具有适应性强,消能效率高、流态稳定等优点.     

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。     

低水头水闸不护底消力池消能防冲研究

传统的低水头水闸消能防冲设计多采用护底消力池进行底流消能。对于某些地质条件良好的低水头水闸,可直接利用开挖后的基岩作为消力池底板而不进行护底。以幸福堰拦河水闸不护底消力池为研究对象,结合水力学计算,选用Flow-3D RNG湍流模型,采用VOF法对消力池流场进行三维数值模拟。结果表明:数值模拟结果与水力学计算基本吻合,消力池内最大流速小于基岩抗冲流速,验证了该水闸采用非护底消力池消能的科学合理性。成果可为同类低水头水闸消能工程提供设计支撑与参考。     

低堰掺水窄缝消力戽消能技术的研究

通过低堰掺水窄缝消力戽对下游界限水深影响的试验研究，得出计算掺水窄缝消力戽下游界限水深的经验公式。与单圆弧消力戽相比可降低下游界限水深，扩展了戽流消能的应用范围。通过掺水窄缝消力戽对下游软基冲刷影响的试验研究，得出计算下游冲刷的经验公式，为工程设计提供可靠的理论依据。掺水窄缝消力戽对下游冲刷大大减小，下游的混凝土或浆砌石护坦可改为一定粒径的砂石护坦，使护坦投资节省２／３以上，同时还能减少冻害，延长工程使用寿命。     

扩散型梯形断面跃后共轭水深的解析计算研究

针对现有水闸消能计算公式只适用于矩形断面的不足,而浙江沿海地区挡潮排涝闸已创新性地采用了梯形断面,水闸规范(SL-265-2001)消能公式需补充完善。根据水力学理论和数学理论对扩散型梯形翼墙水闸水力消能计算进行了研究,推导出了相对收缩水深的解析计算式和扩散型梯形翼墙消力池的水跃共轭水深基本方程,并利用数学方程理论和因式分解法给出了无扩散时梯形断面跃后水深的一元四次方程公式解,进而给出了梯形断面跃后水深通用简捷计算公式,并通过Matlab软件数值分析,认为该跃后水深通用算式精度较高。     

低水头泄洪冲沙闸消力池体型数值模拟研究

为研究低水头水闸的泄洪消能问题,选择合适的消力坎,本文基于VOF方法采用RNG k-ε双方程紊流模型,对池内设置不同高度直墙式消力坎的消力池水流进行了数值模拟,并结合水工模型试验对其流态、流速分布及消能效果进行了对比分析。结果表明:RNG k-ε紊流模型能较好地模拟出水流在消力池中发生的水跃状态,就本文中的直墙式消力坎而言,随着消力坎高度的增高,水流的紊动逐渐靠近上游,消力池平均出口流速随之降低,但其表层流速增大,对比分析找到了合适高度的消力坎,可以为此类工程设计及施工提供参考。     

九洲江软基上水闸工程设计特点

从沿海岸水闸的工程设计出发,针对九洲江软基河床防冲能力和承载能力低的实际情况,对原有水闸基础处理不妥进行改建过程中,在注重总体布置合理、紧凑、上、下、左、右互相协调,造型美观、雄伟的同时,切合实际地选取了闸下游水位～流量关系曲线和消能工的形式。以营仔河水闸实例工程设计为背景,提出较为具体的水力计算方法、基础处理与防渗、消能工等设计方法,并与水工模型试验比较,所设计的消能工消能率达到７０％～８７％,     

溢洪道陡坡收缩段边墙水深计算和研究

受溢洪道地形、地质和水力条件等影响和要求,往往需要在溢洪道陡坡段上设置收缩段,直至其下游出口断面形成窄缝式挑坎。根据急流冲击波理论,对溢洪道陡坡段收缩的窄缝挑坎段边墙沿程水深计算方法进行分析和探讨,计算中考虑了陡坡段边墙转角、坡度和激震水跃段水体重量等因素,提出了溢洪道陡坡收缩段边墙沿程水深的初步计算方法。计算方法得到了水力模型试验的验证,成果可供溢洪道陡坡收缩段的窄缝挑坎边墙沿程水深计算参考。     

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.     

消能坎水力计算的可靠性分析

为了消除传统消能坎水力计算方法的不足，根据可靠性理论对消能坎的水力计算进行了研究，其水力计算准则是泄水建筑物下游形成低淹没度水跃。利用低淹没度水跃保证率的概念，使用一次二阶矩计算方法，对消能坎的水力计算提出了简单可行的方法。改进了传统的确定性设计。     

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。     

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。