水工模型試驗在大型尾礦庫排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用研究

分析了現(xiàn)行水工模型試驗計算機測控系統(tǒng)的不足,介紹了計算機遠程i/o控制的原理和技術(shù)特點,并提出了應(yīng)用計算機遠程i/o控制技術(shù),將現(xiàn)行測控系統(tǒng)的模擬通信改為數(shù)字通信,構(gòu)建基于rs_485工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的遠程分布式大型水工模型試驗測控系統(tǒng)

博斯坦水庫工程水工模型試驗按重力相似準則進行設(shè)計。根據(jù)試驗任務(wù)要求,水工試驗?zāi)Ｐ蜑檎龖B(tài)模型。通過試驗,改進原設(shè)計方案的表孔溢洪洞設(shè)計,取消隔墻,加長收縮距離,減小收縮角度,將斜井坡度調(diào)整變緩,將反弧半徑適當加大,降低消力池底板高程。

泄水陡坡作為引水式電站的重要建筑物,維系著整個電站工程的安全運行,在落差和泄量較大的工程中顯得尤為重要,而水工模型試驗作為工程運行情況的事先模擬,對優(yōu)化工程設(shè)計方案,提高工程安全度具有重要的指導(dǎo)作用,通過理論計算和試驗驗證,對原設(shè)計進行優(yōu)化,并提出類似工程泄水陡坡設(shè)計中應(yīng)注意的問題,供同行們在工程設(shè)計中參考。

福生水電站采用底流式消力池消能。其特點是水頭低、流量大,是典型的低佛氏數(shù)消能,加之自由溢流壩、翻板門泄水閘、沖沙閘聯(lián)合泄洪,因此翻板門運行工況有無限制、泄流能力及消能效果能否滿足設(shè)計要求就需要進行深入研究。經(jīng)過斷面模型試驗,優(yōu)化了輔助消能工布置,改善了流態(tài),縮短了池長,提出了翻板門小洪水工況下的不穩(wěn)定流范圍,為設(shè)計提供了依據(jù)。

基于某尾礦庫模型試驗研究,發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)主、支洞交匯區(qū)水流銜接流態(tài)惡劣、旋滾強烈,影響干支洞的過流能力;亟需改善交匯區(qū)流態(tài),保證排水系統(tǒng)在泄洪時的安全穩(wěn)定。結(jié)合工程實際,經(jīng)多次試驗研究,在支洞設(shè)置導(dǎo)流楔體以緩解支洞出口水面橫比降大、動量分布不均的問題;在主洞設(shè)置壓浪板、穩(wěn)流池以改善交匯區(qū)水流紊亂、急流折沖的現(xiàn)象。將兩類措施綜合,提出了交匯區(qū)急流控導(dǎo)的穩(wěn)流裝置與交匯區(qū)優(yōu)化體型。試驗結(jié)果表明,改善后的急流交匯區(qū)進、出口水面橫比降降低、頂沖水流得到有效控制、流態(tài)相對穩(wěn)定,滿足安全泄洪要求,已經(jīng)被工程采用并有很好的推廣應(yīng)用前景。

在大中型水電站建設(shè)中,水工模型試驗的重要性已廣為大家認可?？墒窃谛∷姷慕ㄔO(shè)中,卻沒有得到一致的認可。有人認為模型試驗的結(jié)果是設(shè)計的前提;還有人認為是沒有必要的,他們強調(diào)小水電的規(guī)模小,相對大中型水電站投資少、經(jīng)費不足、技術(shù)問題不復(fù)雜等。由于對水工模型實驗的忽視,造成許多小水電站的設(shè)計未經(jīng)模型試驗的方案對比,從容的定設(shè)計方案,施工匆匆破土動工,其后果是工程后患無窮或是造價大大提高。

惠州抽水蓄能電站下庫溢流壩水工模型試驗研究——對惠州抽水蓄能電站下庫溢流壩進行水力模型試驗研究，優(yōu)化了溢流壩體形，減輕了挑射水舌對右岸坡的沖刷?！　?/p>

蒿枝壩水庫工程溢洪道側(cè)堰水工模型試驗研究——結(jié)合蒿枝壩中型水庫除險加固工程側(cè)堰溢洪道水工模型試驗研究，對側(cè)堰溢洪道的泄流能力、堰面壓力、水流流態(tài)、水面線等水力學(xué)特性進行了觀測分析，比較了加大側(cè)槽底坡與堰后加斜坡試驗方案和加大側(cè)槽底坡與側(cè)槽左、...

浙江省鄞州區(qū)三溪浦水庫為一座中型水庫,溢洪道采用開敞式布置,溢流堰由正堰和側(cè)堰組成,進口結(jié)構(gòu)型式及水流條件復(fù)雜,理論計算較難把握。為驗證維修加固工程溢洪道水力計算的合理性,按sl253—2000《溢洪道設(shè)計規(guī)范》要求進行了模型試驗研究。通過各工況下過流能力、水流流態(tài)、壓力分布、流速分布、水流空化數(shù)等方面的綜合分析研究,率定出了較為翔實可靠的流量系數(shù)、泄槽邊墻高度、明渠底坡等設(shè)計參數(shù),為優(yōu)化調(diào)整設(shè)計和今后水庫科學(xué)調(diào)度提供了可靠依據(jù)。

通過建立欽寸水利樞紐溢洪道水工物理模型,對原設(shè)計方案下工程實際運行情況進行試驗研究與分析,優(yōu)化了溢洪道進水口左側(cè)護岸、右側(cè)導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)形式和跳流鼻坎位置,從而使泄流流態(tài)更平順,水庫調(diào)度運行更合理,減少了工程量和工程造價,為工程設(shè)計提供了技術(shù)依據(jù)。

采用水工模型試驗研究溢洪道的泄流能力,不同工況下溢洪道閘前、閘后和泄水槽的水力要素以及消力池的消能效果,并對消力池的設(shè)計方案提出了優(yōu)化改進措施,確保溢洪道的安全運行。

通過建立大隆水利樞紐溢洪道水工物理模型,對溢洪道運行的水力特性和體形結(jié)構(gòu)進行試驗研究,優(yōu)化了進水渠左導(dǎo)墻布置、控制段中墩形式和挑流鼻坎尺寸,使泄洪流態(tài)更平順,水庫調(diào)度運行更合理,滿足消能防沖要求,減少溢洪道工程的工程量和造價.

石漫灘水庫復(fù)建工程不同設(shè)計階段做過多次水工模型試驗。試驗成果涉及到溢流壩體型確定、泄流能力、消能防沖、施工導(dǎo)流、度汛方案驗證等水力學(xué)問題。通過模型試驗對設(shè)計和施工方案進行檢驗并提出相應(yīng)建議。

楠溪江供水工程位于著名的楠溪江風(fēng)景區(qū)入口,工程以供水為目的。工程攔河閘為2級建筑物,設(shè)計洪水標準50年一遇,校核洪水標準為200年一遇。攔河閘分為左側(cè)的灘地自由溢流段、右側(cè)深槽的擋水閘段、右岸調(diào)流閘門和魚道組成。閘址位于楠溪江潮區(qū)界位置,閘下為感潮河段,閘上為山溪性河道,加上河道兩側(cè)存在大范圍的灘林地,樹林茂密、灌木叢生,常年行洪,水流條件非常復(fù)雜,常規(guī)理論水力計算非常困難。通過1∶100水工模型試驗研究,論證閘軸線位置和大閘規(guī)模的合理性,優(yōu)化工程布置,為工程的順利進行提供科學(xué)依據(jù)。

彎彎川水電站原來是一條引水發(fā)電隧洞,水電站進行挖潛改造,需新修建一條引水隧洞與原來引水發(fā)電隧洞并聯(lián)進行引水發(fā)電。通過水工模型試驗,確定隧洞并聯(lián)引水發(fā)電比舊洞單獨引水發(fā)電減少水頭損失1.914m,機組的有效工作水頭為11.607m,滿足設(shè)計11.50m工作水頭的要求。通過驗證試驗計算得出舊引水隧洞的糙率n=0.033,新舊隧洞并聯(lián)引水總流量105m3/s時,舊洞引水流量為66.85m3/s;新洞的引水流量為38.15m3/s。最后,對模型水流與原型的相似性進行了分析。

取水口工程為lng接收站的重要組成部分之一,取水安全直接影響lng接收站的正常運行。結(jié)合lng接收站水工模型試驗,對lng接收站取水口的水力特性進行研究。工程采用的鋼管樁內(nèi)取水設(shè)計方案在國內(nèi)較為新穎,屬于非常規(guī)取水結(jié)構(gòu)。定量地分析水位變化、流速變化、不同泵型流道以及淹沒深度變化對取水樁內(nèi)流態(tài)的影響。其研究成果可為工程設(shè)計提供更為可靠的設(shè)計依據(jù)。

根據(jù)該工程壩址下游特殊的地形條件,結(jié)合現(xiàn)場試驗條件,通過建立1:60水工模型,對溢流壩在不同運行條件下的水流流態(tài)進行觀測,驗證溢流壩泄流能力,對溢流壩壩面、壩趾反弧段及消力池底板處壓力分布進行研究,并通過消能試驗優(yōu)化消能建筑物結(jié)構(gòu)尺寸。

通過建立大隆水利樞紐溢洪道水工物理模型,對溢洪道進水渠左導(dǎo)墻、控制段中墩和挑流鼻坎尺寸進行優(yōu)化,使泄洪流態(tài)更平順,水庫調(diào)度運行更合理。在此基礎(chǔ)上對溢洪道的消能和防沖效果進行研究,在滿足設(shè)計要求的同時減少挑流鼻坎的工程量,降低溢洪道的工程造價。

平班水電站二期導(dǎo)流采用底孔導(dǎo)流方式,其導(dǎo)流標準高,流量大,底孔出口下游要求水流不能把泥沙帶進尾水渠,下游河床只允許輕微的沖刷,試驗中通過設(shè)置導(dǎo)流墻、刺墻、護面等等工程措施,取得了滿意的消能防沖效果。截流工程流量大,龍口地形復(fù)雜、落差大、單寬功率大,合龍?zhí)幱覀?cè)為光滑的混凝土圍堰,材料不易穩(wěn)定。試驗采取不同的進占拋投方式和變換流量等手段,使截流一氣呵成,順利合龍。

溪洛渡水電站泄洪洞采用龍落尾式布置,由于水頭高,水流在龍落尾后,流速可達到40~50m/s,屬于水利工程的超高速水流問題,體型稍有不慎,容易造成極大的破壞。通過1∶45的水工模型試驗,分析出溪洛渡水電站泄洪洞原設(shè)計體型存在的主要問題為反弧末端附近摻氣濃度低和出口挑流水舌沖擊河道對岸。通過增設(shè)摻氣坎,修改挑坎體型和洞身曲線,對泄洪洞體型進行了優(yōu)化。并通過模型試驗對優(yōu)化體型進行了檢驗。

根據(jù)福生水電站沖沙閘佛氏數(shù)低消能效果差的特點,采用物理橫型試驗方法對沖沙閘的泄流能力、水面線、流態(tài)、消能效果及對下游河道沖刷影響進行了試驗研究,提出了優(yōu)化后的消耗建筑物型式和結(jié)構(gòu)尺寸,為設(shè)計提供了依據(jù)。

對羊頭鋪水電站的泄流能力、消能效果、拉沙能力進行了物理模型試驗。通過水工模型比對試驗,采用二級復(fù)式消能能較好地解決泄流消能的問題,保證下泄流速在相對安全的范圍內(nèi);同時在原設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,對壩址和攔沙坎等結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,所取得的試驗成果對工程設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。圖3幅,表2個。