余姚市向家弄水庫泄水建筑物加固設(shè)計(jì)

克山縣玉崗水庫是20世紀(jì)50年代修建的工程,僅有大壩和泄洪洞兩大件,致使原有泄洪洞承擔(dān)著泄洪和灌溉的雙重任務(wù)。水庫泄洪比較泄洪洞和開敞式泄洪閘兩個(gè)方案,從防洪特征水位和泄量、工程量和投資、水庫大壩安全、施工、運(yùn)行管理等5個(gè)方面進(jìn)行比較論證,最終確定采用泄洪閘方案。

對(duì)河口水庫是東苕溪防洪骨干工程之一,是1座以防洪為主,結(jié)合灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利工程。針對(duì)工程隱患分析了水庫泄水建筑物的除險(xiǎn)加固措施。通過水庫泄水建筑物的補(bǔ)強(qiáng)加固,消除了工程的險(xiǎn)情,提高了水庫防洪調(diào)度的靈活性。

水流從急流向緩流過渡的過程中必然發(fā)生水躍,通過工程措施消除水流能量對(duì)建筑物下游的破壞是設(shè)計(jì)師必做的工作。文章介紹了水躍的概念、水躍的銜接型式,消能的原理,并以實(shí)例加以說明。

通過論述橫泉水庫泄水建筑物巖石物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)及圍巖工程地質(zhì)綜合評(píng)分,并通過泄洪洞與溢洪道工程地質(zhì)綜合分析與評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上對(duì)泉水庫泄洪洞方案和溢洪道方案進(jìn)行了比較,從而確定泄洪隧洞方案的優(yōu)越性。

根據(jù)西霞院反調(diào)節(jié)水庫壩址區(qū)地質(zhì)條件以及泄水建筑物總布置的基本要求,研究了泄水建筑物總布置方案。泄洪建筑物有21孔泄洪閘、6條排沙洞,承擔(dān)整個(gè)工程的泄洪任務(wù);6條排沙洞與電站下3條排沙底孔,共同承擔(dān)排沙任務(wù)。泄水建筑物布置的關(guān)鍵是解決發(fā)電及引水建筑物進(jìn)口的泥沙淤積問題及確保水庫的調(diào)節(jié)庫容,使庫區(qū)形成高灘深槽的格局。

碧口水庫泥沙在庫內(nèi)大量淤積，壩前淤積面已高出泄建筑物進(jìn)口高程。泄水建筑物門前形式的沖刷漏斗很小，不足以容納正常來水所挾帶來的泥沙。泥沙問題已嚴(yán)重影響了泄水建筑物的正常運(yùn)行。該文通過對(duì)１９９６年泄水建筑物門前淤積監(jiān)測成果的定性分析，提出了對(duì)泄水建筑物門前淤積監(jiān)測、沖淤運(yùn)行的一些建議。

小型病險(xiǎn)水庫的除險(xiǎn)加固是當(dāng)前水利建設(shè)的重要內(nèi)容,其除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到投資效益,還直接關(guān)系到下游人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。文章以黑溝水庫為例,對(duì)輸水建筑物除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。結(jié)合工程實(shí)際和技術(shù)可行性,通過方案設(shè)計(jì)和比選,最終推薦異地新建灌溉隧洞方案。工程實(shí)踐顯示,可以滿足工程設(shè)計(jì)要求,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

我國的病情水庫數(shù)量眾多,分布廣泛。本文指出了近年來中國水庫主要病情與危險(xiǎn)；介紹了土壩灌裝工程的設(shè)計(jì)與研究情況；在加固和安全監(jiān)測方面對(duì)主要建筑物提出了一些建議。對(duì)于基層水利工程技術(shù)人員,為水庫病害情況的分析研究和加固設(shè)計(jì)工作提供了一些參考。

通過試驗(yàn)研究了寬淺式水庫的泄水建筑物的泄流能力,試驗(yàn)表明,行近流速的影響不可忽略,不同建筑物前的水位差異相當(dāng)顯著,各泄水建筑物應(yīng)采用相應(yīng)位置的庫水位來計(jì)算泄流量。

在覆蓋層較小的軟基上修建攔砂、攔洪、淤地、引水等小型水保水利工程,可將其泄水建筑物下游齒墻設(shè)計(jì)成仰斜式混凝土防滲墻,并使齒墻嵌入覆蓋層下的巖基內(nèi),解決了軟基上采用挑流式消能的實(shí)際問題。這種技術(shù)具有工程量小、節(jié)省投資、減少工程占地、結(jié)構(gòu)簡單、便于施工、工程管理維護(hù)費(fèi)用低、攔蓄地下水等優(yōu)點(diǎn)。

論述了洞坪大壩樞紐工程采用壩身泄水建筑物配合水墊塘消能的必要性;針對(duì)壩址河谷狹窄的特點(diǎn),將三中孔、兩表孔中心線交匯于同一點(diǎn),結(jié)合模型試驗(yàn)的結(jié)果,盡量使水流占滿塘寬不沖擊岸坡,對(duì)中孔和表孔采取了不同形式的寬尾墩偏流,促使水流在空間碰撞以增加消能效果。

基于某中型土石壩水庫樞紐工程泄水建筑物水工模型試驗(yàn)成果,從工程自然條件、地形地質(zhì)條件、泄水建筑物水力條件等因素出發(fā),對(duì)該工程泄水建筑物的布置、體型設(shè)計(jì)進(jìn)行了方案調(diào)整和優(yōu)化.較好地解決了樞紐泄水建筑物布置及泄洪消能問題,可滿足樞紐所承擔(dān)的各項(xiàng)任務(wù)要求.

該文主要采用數(shù)值模擬的方法,對(duì)明流泄洪洞摻氣坎底空腔回水問題進(jìn)行了探討。通過對(duì)連續(xù)坎及三維異型摻氣坎(u型、v型和凸型摻氣坎)后落水區(qū)形態(tài),水舌三維流態(tài)以及落水區(qū)流場結(jié)構(gòu)等水力特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn):當(dāng)水流經(jīng)過摻氣坎后,中間水流較為集中時(shí),主流方向的能量較大,不利于水流在底部落水區(qū)域的充分?jǐn)U散;水流出坎后橫向擴(kuò)散的方向?qū)σ种箍涨粌?nèi)回水壅堵較為敏感,摻氣坎后水舌向兩側(cè)擴(kuò)散的水流與邊壁的相互作用容易產(chǎn)生回水。結(jié)合摻氣坎后水流的細(xì)部結(jié)構(gòu)得出,影響摻氣坎后空腔回水的主要因素為:出坎水舌落水區(qū)的縱向分布范圍與橫向分布范圍的關(guān)系以及水舌入水角度。

根據(jù)國內(nèi)外大量的工程實(shí)例,在前人研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)了高水頭、高流速下泄水建筑物摻氣設(shè)施的幾個(gè)主要水力特性,包括摻氣坎體型尺寸、空腔長度、空腔負(fù)壓、摻氣井通風(fēng)量與摻氣保護(hù)長度等,同時(shí)對(duì)具有高水頭、高流速、小底坡、低弗勞德數(shù)等特點(diǎn)的泄水建筑物摻氣設(shè)施體型研究成果進(jìn)行了綜述,指出目前摻氣減蝕理論研究落后于工程實(shí)踐,有待進(jìn)一步的深入研究.

本文對(duì)水流脈動(dòng)壓力隨機(jī)過程作了基本假定，以此探討了脈壓隨機(jī)數(shù)據(jù)處理方法及電算程序。文中主要結(jié)合我院國內(nèi)外一些工程的研究成果，分析了陸槽、排水井、隧道等各種泄水道及不同類型消力池底板的水流脈動(dòng)壓力特性與分布規(guī)律；特別是對(duì)比了高速泄槽設(shè)摻氣坎前、后脈動(dòng)壓力特性的變化。

對(duì)具有高水頭、大單寬流量的泄洪建筑物,工程中通常采用強(qiáng)迫摻氣減蝕措施防止壁面發(fā)生空蝕破壞。本文主要通過物理模型試驗(yàn)研究方法,對(duì)高水頭龍?zhí)ь^明流泄洪洞反弧段下游底板和側(cè)墻摻氣減蝕進(jìn)行了研究,提出了一種底部突跌凸型坎和側(cè)墻加貼角聯(lián)合摻氣的新型摻氣坎,解決了洞頂余幅、底空腔內(nèi)回水和突縮引起摻氣坎后形成水翅之間的問題。采用這種新型的摻氣坎體型后,底空腔內(nèi)沒有回水,同時(shí)消除了反弧段后側(cè)墻出現(xiàn)的清水區(qū);側(cè)空腔暢通并直接和底空腔相連,對(duì)側(cè)墻和底板都起到了很好的保護(hù)。該體型對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)及修復(fù)具有一定參考價(jià)值。

某低水頭泄水建筑物采用寬尾墩與消力池聯(lián)合消能工,并在護(hù)坦上增設(shè)兩排消力墩,利用三元流的水力特性增強(qiáng)了消能效果,且在常遇洪水工況下護(hù)坦齒坎淘深與河床中部沖深分別減小了58%和34%.研究結(jié)果表明,采用適當(dāng)?shù)妮o助消能工能有效地解決低水頭泄水建筑物的消能防沖問題.

增塘水庫原泄洪建筑物比較復(fù)雜,主要由主壩泄洪閘、2公里長溢洪道、第三副壩石湖泄洪閘和石湖高、低涵組成。本文就工程調(diào)洪計(jì)算進(jìn)行簡單比較分析,并提出增塘水庫加固達(dá)標(biāo)工程泄洪建筑物設(shè)計(jì)方案。

在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段對(duì)瓊中抽水蓄能店站上水庫泄水建筑物型式進(jìn)行了比選優(yōu)化，認(rèn)為消能井的豎井同導(dǎo)流洞相結(jié)合代替原可研設(shè)計(jì)階段的岸坡開敞式溢洪道更有優(yōu)點(diǎn)：消能率高，將大部分能量直接在豎井內(nèi)消除，且布置靈活，技術(shù)成熟，安全環(huán)保、節(jié)約投資等。

在招標(biāo)設(shè)計(jì)階段對(duì)瓊中抽水蓄能店站上水庫泄水建筑物型式進(jìn)行了比選優(yōu)化，認(rèn)為消能井的豎井同導(dǎo)流洞相結(jié)合代替原可研設(shè)計(jì)階段的岸坡開敞式溢洪道更有優(yōu)點(diǎn)：消能率高，將大部分能量直接在豎井內(nèi)消除，且布置靈活，技術(shù)成熟，安全環(huán)保、節(jié)約投資等。

介紹了錦凌水庫工程泄水建筑物的消能型式的可選擇方案,并進(jìn)行了比較,結(jié)果表明溢流壩段消能型式選擇以挑流消能投資比較經(jīng)濟(jì)。

本文采用數(shù)值模擬的研究方法,以樓莊子水庫泄水建筑物為研究對(duì)象,對(duì)溢洪洞底流消能與挑流效能兩種初擬方案進(jìn)行研究,運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)k-ε計(jì)算模型結(jié)合流體體積分?jǐn)?shù)法（vof）追蹤自由水面,對(duì)溢洪洞不同方案進(jìn)行了三維水氣兩相流數(shù)值模擬。通過同等計(jì)算條件下,設(shè)計(jì)工況計(jì)算成果分析,對(duì)比了兩種方案的流速矢量圖及水氣兩相流云圖,得出底流消能消能效果較好;并分析得出了底流消能方案池深、挑流效能挑角進(jìn)一步優(yōu)化方向,分析成果為樓莊子水庫溢洪洞方案選取提供了理論依據(jù),進(jìn)一步比選過程中可直接運(yùn)用本文成果。