多闸孔溢流坝小流量泄洪消能闸门调度优选方式研究

以某水库多闸孔溢流坝为例,利用Flow-3D软件建立数学模型研究小流量下闸孔优化调度运行。通过分析正常运行水位小流量(Q=300 m~3/s)下多闸孔闸门不同的组合开启方式下的堰面流态、挑流特性、坝下河道流速、河底压强、消能率水力要素,总结了多闸孔溢流坝调度运行的水力学规律,给出了小流量下该工程的优化调度方式。结果表明:在6种开启方式下,连续开2～3号闸孔相比其他开启方式进行泄洪消能较优,水力条件较稳定。     

闸门调控对污染物迁移规律的影响实验研究

采用明渠水槽模拟河段,设置上游水闸,模拟分析不同的水流、不同的闸门开启条件下,闸门运行对水流情势和污染物迁移转化的影响.通过实验观测和模拟,研究闸门调节流量与上、下游水位的关系,分别比较了河道是否设置闸门、瞬间开闸与稳定闸门开度状态下,下泄流量污染物浓度变化.实验结果分析表明,通过合理的调度,闸门在一定开度下可以起到既保证上游污染物通过闸门,减少闸前污染物质的聚集,又可降低闸下河道沿程的污染物分布的作用,为进一步在实践中确定合理的考虑污染控制的闸坝调控方案提供了实验依据.     

杭州三堡排涝泵站上游河道冲刷计算与分析

杭州三堡排涝泵站是国内规模最大排涝泵站之一,工程充分利用京杭运河作为排水通道,实现已有资源的有效利用,但必须处理好排涝与航道安全两者的关系。通过建立泵站上游河道水流数学模型,计算上游代表水位站点拱宸桥水位在1.6~3.6 m,泵站排涝流量为50~200 m3/s间的各种工况条件下的流速情况,建立了拱宸桥水位、排涝流量与河道沿程典型断面近底层流速关系,并对主要河段河床质取样进行颗分试验,分析河道典型断面河床冲刷情况。通过计算分析认为在已有河道条件下,水深是影响河床冲刷与否的关键性因素,因此需要按不同水深控制泵站排涝流量,以保证河床稳定和河岸安全。     

基于二维水动力模型的溃坝洪水数值模拟研究

【目的】研究水库溃坝洪水影响。【方法】以辛庄水库为例,通过建立二维水动力模型,模拟了不同溃决方案下溃坝洪水演进过程,计算了下游高速铁路处淹没水深、流速、冲刷深度等,分析了溃坝洪水对下游高速铁路的安全运行影响。【结果】水库未溃决时,溢洪道最大下泄洪水能够正常通过铁路涵洞,对下游工程影响较小;水库大坝正面溃决的影响要比侧面溃决的影响大,下游部分铁路路基顶面过水,影响铁路正常运行;大坝溃决后最大流速是未溃决时的2.15～2.48倍,涵洞处最大冲刷深度是未溃决时的1.56倍。【结论】二维水动力模型可较好的模拟溃坝洪水演进过程和淹没范围,研究成果可为水库溃坝洪水灾害预防提供参考和数据支撑。     

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。     

带虹吸式流道的轴流泵超驼峰起动特性分析

针对外江水位高于虹吸式出水流道驼峰底部高程下的轴流泵起动工况,选取闸门开启时间、闸门预开开度、超驼峰高度等3个影响因素建立正交试验方案,并结合瞬变流理论开展水泵起动特性研究。结果表明,超驼峰工况下,水泵扬程先快速提升至最大值后逐步减小至稳定值;闸门预开时,流量则先开始倒流,在3 s内快速变为正流量并逐步达到稳定值。最大起动扬程值主要受闸门处水力损失影响,闸门预开开度对其影响最大,闸门开启时间影响最小;而最大倒流流量受闸门预开开度影响也最大,其余两者影响较小,且权重相当。在此基础上,确定“闸门240 s全开,预开30%”作为泵的最优启动方案。     

桥墩布置形式对桥墩绕流及局部流场的影响

应用MIKE21软件模拟分析了不同桥墩布置形式斜交桥对河道局部流场的影响.模拟结果表明:单线斜交桥对水流有明显阻水影响,双线斜交桥对水流的阻水影响,并不是简单叠加;下游桥桥墩与上游桥桥墩对孔布置且桥墩相距较近,下游桥桥墩受上游桥桥墩的遮蔽作用,其阻水影响被削弱,对水流的消能和流速再分配有一定作用;下游桥桥墩与水流方向夹角的改变,除使桥墩附近局部区域水流流态变化明显,并随着角度增加影响增大、其他区域变化值相差不大,不存在单调关系;圆端形桥墩应尽量采用顺水流布置,非顺水流布置时,如果对桥墩附近局部区域水流流态的影响较大,可通过开挖拓宽桥址处河道,降低河道单宽流量,增加河道过流面积的方法改善.     

楠溪江供水工程拦河闸枢纽水工模

楠溪江供水工程位于著名的楠溪江风景区入口,工程以供水为目的。工程拦河闸为2级建筑物,设计洪水标准50年一遇,校核洪水标准为200年一遇。拦河闸分为左侧的滩地自由溢流段、右侧深槽的挡水闸段、右岸调流闸门和鱼道组成。闸址位于楠溪江潮区界位置,闸下为感潮河段,闸上为山溪性河道,加上河道两侧存在大范围的滩林地,树林茂密、灌木丛生,常年行洪,水流条件非常复杂,常规理论水力计算非常困难。通过1：100水工模型试验研究,论证闸轴线位置和大闸规模的合理性,优化工程布置,为工程的顺利进行提供科学依据。     

楠溪江供水工程拦河闸枢纽水工模型试验研究

楠溪江供水工程位于著名的楠溪江风景区入口,工程以供水为目的.工程拦河闸为2级建筑物,设计洪水标准50年一遇,校核洪水标准为200年一遇.拦河闸分为左侧的滩地自由溢流段、右侧深槽的档水闸段、右岸调流闸门和鱼道组成.闸址位于楠溪江潮区界位置,闸下为感潮河段,闸上为山溪性河道,加上河道两侧存在大范围的滩林地,树林茂密、灌木丛生,常年行洪,水流条件非常复杂,常规理论水力计算非常困难.通过1:100水工模型试验研究,论证闸轴线位置和大闸规模的合理性,优化工程布置,为工程的顺利进行提供科学依据.     

节制闸调控下明渠输水系统水力特性研究

长距离明渠输水工程的水力控制问题直接关系到工程的安全运行。以南水北调中线某一渠段为典型算例,建立非恒定流数学模型,通过数值模拟,对节制闸调控下的明渠输水系统水力特性进行了研究。结果表明:当流量变化相同时,水位波动范围、流量变化速率与闸门的启闭速率呈正相关。闸门的启闭速率越大,水位波动出现的时间越早,但明渠恢复到新的恒定流状态所需的时间越少。渠段水力震荡及渠道的漫溢现象主要受闸门关闭速度影响,应尽量降低闸门的关闭速率,从而减少水力振荡的影响,延长渠道出现漫溢的时间。综合比较不同节制闸间距下的渠道响应时间、闸前水位壅高、事故排空时间、建闸投资比,建议南水北调中线某明渠段节制闸间距取在2535 km之间最优。     

节制闸开度对侧渠分流量影响试验研究

调节节制闸开度可达到控制分水口水位、按需配水的目的,通过梯形渠道不同来流量、不同节制闸开度下节制闸及矩形分水口流动特性试验,观测节制闸上下游及分水口附近水深、流速等水力要素,分析了主渠道沿程水面线的变化规律;基于量纲和谐原理,建立了流量系数与闸门开度和闸前水深的关系式。结果表明：不同来流量下,水面线均呈先降低再小幅升高的趋势,在分水口下游段形成壅水。当来流量在25.35～39.70 L/s变化时,自由出流时,闸孔出流和堰流的临界值出现在闸门开度为11～14 cm,相对闸门开度e/h变化范围为0.792～0.823,与理论值0.65存在差异。不同来流量下,流量系数与傅汝德数呈反比关系,相对闸门开度对流量系数的影响大于傅汝德数对流量系数的影响。建立闸门开度e和闸前水深h与流量系数m的关系式,平均误差为0.73%。不同来流量下分流比随相对闸门开度的增大而减小,且小流量下闸门开度对分流比的影响较小。本研究对指导灌区合理水量分配及调控具有重要意义。     

弧形闸门物理模型试验分析研究

弧形闸门具有启闭力小、过流流态好等优点,但是弧形闸门在高淹没度条件下启闭时,水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。结合某水利枢纽工程实例进行弧形闸门的物理模型试验,对闸门在不同工况下的流态、动水压强、闸门启闭力和支铰推力进行了观测或分析。试验结果显示,当上下游水位差较大、闸门开启高度较大时,闸门后会形成明显的强烈漩滚,而且水流漩滚对闸门有明显的拍击作用,闸门上下游面板的时均动水压强总体上呈底部大、上部小的分布规律。最大启门力为3 145kN,没有超过启闭机的容量。随着闸门挡水水位的升高,支铰推力也随之增加,最大支铰推力为12 475kN。基于以上结果,为闸门的安全运行提出了一些措施和建议。     

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...     

基于水动力耦合模型的平原地区排涝规划

针对滨海平原感潮河网地区水系流态复杂、受边界条件和工程调度影响显著的特点,遵循充分发掘水系调蓄能力、多闸联调和水闸优先抢排的原则,对感潮河网和湖泊分别构建一维和二维水动力数学模型,利用2种模型模拟水位、流量相等的条件,对一维和二维水动力数学模型进行耦合.以辽东湾新区水系排涝规划为例,对4种设计方案进行了分析对比,得出了河道断面和排涝闸门规模.结果表明：方案一和方案二中,河道断面尺寸不变时,排涝闸门规模偏小,造成上游水位偏高;方案三和方案四中,排涝闸门规模不变时,扩大河道断面尺寸对域内水位影响不大.从排涝能力和经济等角度综合考虑,选取方案四为最优方案.计算结果较好地反映了滨海平原感潮河网地区河道断面尺寸和排涝闸门规模对排涝能力的影响,可为区域工程设计和制定排涝方案提供技术保障.     

山区性河道整治工程冲刷深度分析与计算初探

河道堤岸建设与人民群众生命财产安全息息相关,堤岸设计是否合理显得尤为重要。在河道整治工程尤其是山区性河道整治工程的设计中,河流冲刷深度的确定,对堤岸设计起关键的指导作用。通常,河流的冲刷深度与流速、水深、泥沙粒径等多种因素有关,并主要受水流流速控制。为了确定冲刷深度的计算方法,自19世纪以来,国内外专家学者通过研究及理论推导,提出了很多用于计算河道冲刷深度的公式,但这些公式大多为经验公式,且各有侧重,计算值差别较大。因此在具体的河道整治工程中,对各种冲刷深度计算方法进行比较分析十分必要。以西苕溪上游的山区性河道护岸设计为例,研究探讨如何结合工程实际和相关设计规范,合理计算冲刷深度,指导堤岸设计,保障防汛安全。     

基于CFX的双向流道自引自排闸门开度控制研究

双向流道泵站具有提灌提排和自引自排功能,在我国沿江区域的应用较为广泛。但有关该形式泵站自引(自排)特性研究较少,自排自引时闸门开度优化控制和合理开启方式是亟待解决的问题。基于标准的K-ε湍流模型方程、时均N-S方程和连续性方程,数值模拟了双向流道自引(自排)工况下4种不同闸门开启方案、23种不同闸门开度组合下的过流特性,以流道内流场速度分布均匀性为标准,比较了在同一水位差下引(排)相同流量不同闸门开启方案的合理性。结果表明,自引(自排)时进水侧闸门全开方案最优。研究提出了不同上下游水位差下引(排)所需流量时的最佳闸门开度确定方法。研究成果对于双向流道泵站的自引(自排)优化运行具有重要现实意义。     

汉江崔家营水库修建后坝下游河床冲刷预测

以崔家营航电枢纽为代表,运用一维非恒定非均匀泥沙数学模型预测了枢纽下游河道冲刷趋势,数学模型预测成果表明航电枢纽修建后坝下游河道最大累计冲刷量与河床冲刷厚度均不大.通过对丹江口水库建库前后下游河道来水来沙和河床观测资料进行分析后发现,由于丹江口水库运行后下游河道发生了长时段、长距离的冲刷侵蚀,河床已较丹江口水库建库前有较明显的下切和粗化.另外因枢纽抬高水位不大,枢纽的兴建不会导致坝下游河床发生较大幅度调整.数学模型计算成果,可以为航电枢纽相关方面设计提供参考.     

汉江崔家营水库修建后坝下游河床

以崔家营航电枢纽为代表,运用一维非恒定非均匀泥沙数学模型预测了枢纽下游河道冲刷趋势,数学模型预测成果表明航电枢纽修建后坝下游河道最大累计冲刷量与河床冲刷厚度均不大。通过对丹江口水库建库前后下游河道来水来沙和河床观测资料进行分析后发现,由于丹江口水库运行后下游河道发生了长时段、长距离的冲刷侵蚀,河床已较丹江口水库建库前有较明显的下切和粗化。另外因枢纽抬高水位不大,枢纽的兴建不会导致坝下游河床发生较大幅度调整。数学模型计算成果,可以为航电枢纽相关方面设计提供参考。     

山区河道护坦式消能工的试验对比研究

山区闸坝由于河道比降大,汛期泥沙含量高,设计一般采用护坦形式与下游河道衔接。依托某水电站的物理模型试验,对比研究了闸后反弧护坦和直线斜坡护坦两种衔接形式。从水流流态、流场分布和下游河床冲刷等方面进行对比,结果表明,反弧护坦在水流流态和下游冲刷方面明显优于直线斜坡护坦,具体为消除护坦左侧回流,最大冲刷深度减少38%;但在下游低水位时两岸的岸边流速较直线斜坡护坦大,其中右岸岸边流速平均增加12.5%。综合考虑,若两岸山体较为完整,采用反弧护坦可取得较好的工程效果。     

基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位算法

为了改善渠系下游常水位运行控制方式调节过程蓄量变化剧烈、增大水源供水压力的问题,保证渠系控制的安全、高效,提出了一种基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位的算法,该算法在蓄量变动小时采用下游常水位控制,蓄量变化超过阈值采用考虑约束条件的控制蓄量法.并以Natlab仿真验证法对南水北调中线输水渠道建立多渠段串联控制模型,分析比较控制效果.结果表明:基于渠池蓄量平衡的闸前变目标水位的算法运用效果良好,可实现下游常水位和控制蓄量运行方式的灵活、平稳转换;各渠池蓄量调节量显著减少,基本可以实现蓄量平衡,减小了对上游的需水压力;与下游常水位运行方式相比,其控制过程水位波动平缓闸门流量过程震荡较小,有效减小了闸门超调和回调操作,稳定时间有所延长但在总体调控过程中更为平稳.