劉家溝水電站溢洪道進(jìn)口導(dǎo)墻體型優(yōu)化試驗(yàn)

為改善巴山水電站溢洪道進(jìn)水渠流態(tài)、提高泄流能力,通過(guò)一系列試驗(yàn)優(yōu)化了溢洪道引水渠左導(dǎo)墻頭部曲線型式.結(jié)合工程實(shí)際和以往經(jīng)驗(yàn),比較了9種進(jìn)水口曲線型式的試驗(yàn)結(jié)果,確定了長(zhǎng)短軸黃金分割比的橢圓弧面的方案.進(jìn)一步的試驗(yàn)證明了該方案無(wú)論在流態(tài)上還是在泄流能力方面都達(dá)到了令人滿意的效果.

為改善劉家溝水電站溢洪道消能形式、減小下泄高速水流對(duì)河床和岸坡的沖刷破壞,通過(guò)對(duì)溢洪道不同消能方案的對(duì)比試驗(yàn)研究,提出了岸坡分散水流沖刷河床的消能設(shè)計(jì)方法,進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證該方案在泄流流態(tài)和消能效果方面都達(dá)到了令人滿意的效果。

針對(duì)瓦村水電站溢洪道出口水流挑距過(guò)大、水舌空間擴(kuò)散效果不佳、入水區(qū)域集中、泄洪消能效果差及泄槽內(nèi)水翅現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題,采用比尺為1∶60的正態(tài)物理模型對(duì)溢洪道體型進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,在閘墩尾部加設(shè)尾墩,使泄槽段水流流態(tài)有了極大的改善,水流平順,基本上消除了水翅現(xiàn)象;采用連續(xù)燕尾挑坎使溢洪道出口水舌合理歸槽,空中擴(kuò)散效果良好,解決了入水集中的問(wèn)題,消能效果較好,所提挑坎布置形式可供相關(guān)工程參考。

針對(duì)劉家溝水電站溢洪道消能效果不理想以及下游岸坡沖刷嚴(yán)重問(wèn)題進(jìn)行水工模型試驗(yàn),在原方案基礎(chǔ)上開展了一系列改善溢洪道消能防沖效果的優(yōu)化試驗(yàn).經(jīng)過(guò)多方案比選驗(yàn)證,在滿足溢洪道泄流能力的條件下,采用岸坡分散水流結(jié)合公路平臺(tái)挑流的方案消能效果更為理想,下游河床河勢(shì)穩(wěn)定,且造價(jià)合理,較好地解決了工程所在下游河床較為狹窄且右岸岸坡存在大型崩滑體的技術(shù)難題.

通過(guò)新疆維吾爾自治區(qū)庫(kù)馬拉克河小石峽水電站溢洪道水力學(xué)模型試驗(yàn),對(duì)其原設(shè)計(jì)方案的消能工結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化。試驗(yàn)表明,消力池段在通過(guò)設(shè)計(jì)流量30年一遇洪水1856.20m3/s時(shí),池內(nèi)不能形成完整水躍,水躍前后波動(dòng)劇烈,水流大量溢出,原設(shè)計(jì)方案的邊墻高度、池長(zhǎng)均不能滿足過(guò)流要求。提出采用減小消力池池深、設(shè)置分流趾墩-消力墩-低消能坎的綜合式消力池代替原設(shè)計(jì)方案的常規(guī)消力池的修改方案,在設(shè)計(jì)流量下進(jìn)行泄水試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的聯(lián)合作用下,消力池內(nèi)形成強(qiáng)迫水躍,流態(tài)明顯改善,水躍長(zhǎng)度減小,躍后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的綜合式消力池可有效縮短消力池池長(zhǎng),降低邊墻高度,節(jié)省工程造價(jià),試驗(yàn)結(jié)果可為優(yōu)化工程設(shè)計(jì)及其他同類工程優(yōu)化消力池提供參考。

為了改善兩孔閘門泄流方案引水渠水面流態(tài),減小進(jìn)水口水流流態(tài)對(duì)溢洪道泄流能力的影響,針對(duì)溢洪道引水渠進(jìn)口右側(cè)導(dǎo)墻形式進(jìn)行了一系列的物理模型優(yōu)化試驗(yàn),對(duì)比各方案效果確定采用兩段圓弧+直線調(diào)整段方案六的導(dǎo)墻體型的形式能夠使水流流態(tài)平順并能滿足泄流要求,進(jìn)而達(dá)到了優(yōu)化進(jìn)口導(dǎo)墻形式的目的,可為類似工程的溢洪道右側(cè)擋墻形式的確定提供一定的參考。

潘口水電站溢洪道具有流量大、水頭高,挑流水舌與河道夾角相對(duì)較大的特點(diǎn)。溢洪道設(shè)計(jì)充分利用了有利的地形地質(zhì)條件,采用直線等寬矩形泄槽,保證了水流流態(tài)的相對(duì)均勻穩(wěn)定。結(jié)合水工模型試驗(yàn)成果,對(duì)潘口電站岸邊溢洪道各部位體型進(jìn)行了優(yōu)化,使溢洪道在泄流能力、各部位水流流態(tài)以及挑流消能效果方面都有了很大的改善,能夠更好地滿足溢洪道運(yùn)行安全的要求。

介紹龍馬水電站溢洪道工程工程量及工期優(yōu)化方案的研討、制定和實(shí)施全過(guò)程以及優(yōu)化后的成果。

在1:60溢流壩表、中泄水孔斷面模型上對(duì)密松水電站泄水建筑物的布置方案進(jìn)行了泄流能力、流速流態(tài)、壓力分布等相關(guān)水力學(xué)問(wèn)題的試驗(yàn),并通過(guò)十多個(gè)方案的比較優(yōu)化,提出了基本可行的泄水建筑物體型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合適的寬尾墩形式,對(duì)增加消能率、縮短消力池池長(zhǎng)有利,但無(wú)法消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象;表孔取消寬尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能時(shí)的池底板流速,同時(shí)消除寬尾墩形成的水翅擊打兩側(cè)導(dǎo)墻現(xiàn)象,達(dá)到較滿意的消能效果。本文中十?dāng)?shù)個(gè)消能方案的研究成果,對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)和科研均有參考價(jià)值。

立洲水電站具有河谷狹窄、落差較大、單寬流量也較大等特點(diǎn),泄洪消能是該水電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)中非常突出的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。立洲水電站采用拱壩的1個(gè)中孔、2個(gè)表孔和水墊塘消能。如果表孔體型優(yōu)化不當(dāng),會(huì)造成泄流能力下降,落水沖擊岸邊,水墊塘底板沖擊動(dòng)壓大,泄洪霧化嚴(yán)重。經(jīng)諸多方案的試驗(yàn)比選,最終推薦方案使壩身表孔水流沿程橫向收縮、縱向擴(kuò)散,在空中呈窄而高且長(zhǎng)的流態(tài),從而與中孔的水股互相穿插而不發(fā)生碰撞或少碰撞,減弱了因水流空中碰撞所造成的泄洪霧化,落水不再?zèng)_擊岸邊,同時(shí)使水墊塘底板沖擊動(dòng)壓處在較低的范圍內(nèi)。

為了解決某水利樞紐消力池內(nèi)臨底流速及脈動(dòng)壓力偏大的問(wèn)題，采用水工模型試驗(yàn)的方法對(duì)其表、中孔體型進(jìn)行了優(yōu)化。從流態(tài)、臨底流速、脈動(dòng)壓力等幾個(gè)方面比較后，發(fā)現(xiàn)采用表孔出口收縮和縮短中孔出口邊墻消力池底板的脈動(dòng)壓力及臨底流速相比原方案均得到明顯改善，表孔最大臨底流速約為13．64m／s，消力池最大脈動(dòng)壓力值約為6．66×9．81kpa。成果可供設(shè)計(jì)參考。

龍灘水電站溢洪道的大單寬流量及高水頭特性決定了摻氣設(shè)施設(shè)置的復(fù)雜性,過(guò)高的摻氣坎可能使得挑射水流高程較高,增加導(dǎo)墻的高度,進(jìn)而增加工程造價(jià);而過(guò)低的摻氣設(shè)施可能使得摻氣不充分,進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)壓,影響摻氣設(shè)施的安全性。文章通過(guò)多個(gè)試驗(yàn)方案選定能前、后期結(jié)合的龍灘水電站溢洪道(低坎)前期人工摻氣系統(tǒng)的形式和幾何尺寸,并論證了該系統(tǒng)的減(免)蝕效果。可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

以某水電站溢洪道導(dǎo)墻壩段為研究對(duì)象,應(yīng)用大型通用有限元計(jì)算軟件對(duì)溢洪道導(dǎo)墻壩段進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算,得到溢洪道導(dǎo)墻壩段整體、主要部位的第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力,計(jì)算結(jié)果基本符合實(shí)際情況,這為在施工期的導(dǎo)墻安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可靠的參考數(shù)據(jù)。

針對(duì)巴山水電站溢洪道具有泄量大、水頭高、下游消能區(qū)地質(zhì)條件差等特點(diǎn),通過(guò)1∶70整體模型試驗(yàn)對(duì)溢洪道的挑流消能防沖布置及消能形式進(jìn)行了4個(gè)方案的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:優(yōu)化方案四的挑流鼻坎形式較合理地解決了下游消能困難的缺點(diǎn),基本能夠滿足工程實(shí)際的需要。

金佛山水電站溢洪道水頭高、泄量大、下游消能區(qū)地質(zhì)條件差,為改善其消能段的水流流態(tài),提高效能效率,通過(guò)整體模型試驗(yàn),在原方案的基礎(chǔ)上對(duì)溢洪道進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,優(yōu)化方案較原方案在水面波動(dòng)、動(dòng)水壓強(qiáng)及其出池流速和消能效率等方面有明顯改善,可滿足消能要求,可為類似工程提供參考。

結(jié)合優(yōu)化的大壩設(shè)計(jì)體形,通過(guò)比較,選擇了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工難度不大、沖坑較淺的溢洪道布置方案。該方案既簡(jiǎn)化了建筑物的設(shè)計(jì),又加快了施工進(jìn)度,縮短了建設(shè)工期,達(dá)到了投資較省、提前受益的目的。

清灘子水電站位于重慶市開縣境內(nèi),溢洪道頭落差高達(dá)122.6m,下泄水流速較大,由于溢洪道末端直接入小東河天然道內(nèi),過(guò)高的下泄流速不僅威脅溢洪本身運(yùn)行安全還影響游下河道河床、河勢(shì)穩(wěn)定。因此文擬借助物理模型試驗(yàn),通過(guò)優(yōu)化清灘子水電站原消能結(jié)構(gòu)方案,來(lái)有效消減下泄水流能量,減小下泄水流流速。

龍開口水電站有泄流量大、主河床狹窄等特點(diǎn),對(duì)于這類工程泄洪消能尤為重要。為了解決水工模型第一試驗(yàn)階段挑流消能不充分、閘墩出口流態(tài)紊亂的問(wèn)題,進(jìn)行了溢流壩段的水工單體模型試驗(yàn),對(duì)連續(xù)坎、差動(dòng)坎、窄縫坎以及差動(dòng)坎和舌形坎、窄縫坎和舌形坎、窄縫坎和連續(xù)坎的結(jié)合運(yùn)用等多個(gè)挑坎體型進(jìn)行了沖刷試驗(yàn),從而選擇適用于龍開口水電站這類泄流量大、主河床狹窄電站的溢流堰挑流鼻坎形式。

klt水電站為一座高水頭、大泄量及地質(zhì)條件復(fù)雜的工程,其溢洪道泄洪消能建筑物直接影響到工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性,為論證其整體布置方案的合理性,開展模型試驗(yàn)研究,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)體型布置,改善水力特性及消能區(qū)沖刷情況,為工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。成果可供類似的工程借鑒參考。

大石門水電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西拉沐倫河克什克騰旗境內(nèi),是一座兼顧工業(yè)取水、水力發(fā)電與防洪任務(wù)的綜合型水利水電工程。電站最大壩高63.78m,總庫(kù)容為1.85×108m3,總裝機(jī)容量6000kw。左岸豎井式溢洪道是樞紐唯一的泄水建筑物,最大下泄流量148m3/s。該溢洪道由導(dǎo)流洞改建而成,由喇叭型進(jìn)水口、豎井、通氣管道、消力井、明流隧洞段、以及出口消能防沖設(shè)施等組成。本文通過(guò)1:20.83的整體水工模型試驗(yàn),對(duì)大石門水電站豎井溢洪道的水力特性進(jìn)行了全面的試驗(yàn)研究。

根據(jù)工程建設(shè)需要,為全面驗(yàn)證工程總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置的合理性,對(duì)某泄水陡坡進(jìn)行水工模型試驗(yàn),分析原設(shè)計(jì)體型存在的主要問(wèn)題。通過(guò)增設(shè)摻氣槽、懸柵、修改模型尺寸,對(duì)泄水陡坡進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,泄水陡坡過(guò)流能力滿足要求,工程總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置合理,滿足冬季排冰需求。

根據(jù)工程建設(shè)的需要對(duì)某泄水陡坡進(jìn)行水工模型試驗(yàn),驗(yàn)證其總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置的合理性,分析原設(shè)計(jì)體型存在的主要問(wèn)題,對(duì)泄水陡坡體型進(jìn)行優(yōu)化,且在消力池內(nèi)設(shè)置了消能懸柵,并進(jìn)行體型優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,優(yōu)化后的泄水陡坡過(guò)流能力滿足要求,消力池內(nèi)懸柵的設(shè)置,改善了消力池內(nèi)的水流流態(tài),工程總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置合理。