大单宽流量、低佛汝德数消力池优化设计研究

针对某水电站消力池原设计方案出现的大单宽流量、低佛汝德数水流消能问题,通过物理模型试验,对消力池的体型参数以及辅助消能工的布置形式进行优化,并对比分析各方案的水流流态和水力特性。试验结果表明:下挖式消力池与消能墩的联合消能方案(消力池下挖4.20 m并设置消能墩)可以有效改善消力池内水流流态,水位波动幅度下降,消力池出池流速明显减小,消能效果显著。

挑流水垫塘掺气比尺效应试验

为了研究泄洪消能缩尺模型中的掺气比尺效应,以提高模型预测精度,通过模型试验,对比分析1:50和1:100两个不同比尺模型上的挑流水舌形态及下游水垫塘内掺气量(体积分数,下同)分布。试验结果表明,在同样的孔口体型作用下,不同比尺模型水舌空中裂散程度有明显差异,1:100模型中水舌呈月牙形散落在水垫塘,1∶50模型水舌呈椭圆形散落在水垫塘;水舌入水形态的差异进一步导致水垫塘掺气量分布不同,1:100模型水舌入射区域掺气量相对较高,掺气量峰值约为50%,1:50模型上同样位置掺气量峰值约为40%;从水垫塘内掺气量空间分布来看,1:100模型水垫塘横向掺气范围相对较小,纵向掺气范围相对较大。

水跃区底部压力脉动的沿程变化规律研究

本文对不同Fr数的水跃底部脉动压力进行了试验测试，重点分析了水跃区底部脉动压力概率分布的正态性、最大幅值取值、脉动压力主频的沿程变化规律。结果表明：水跃跃首、跃尾脉动压力的概率分布接近正态分布，跃中强旋滚区偏离正态分布；最大振幅估计参数K（脉动压力均方根的倍数）在跃首、跃尾可取3，但在强旋滚区应取4～6；脉动压力主频沿程也有变化，跃首跃尾主频较低，旋滚区主频较高。

X型宽尾墩的动水荷载特性及体型优选研究

通过模型试验,研究了X型宽尾墩作用下短消力池内的动水荷载特性,分析了底部开口高度对溢流坝面以及消力池的影响,并对宽尾墩底部开度进行了优选,结果认为宽尾墩底缘开口1.5 m为最佳方案。试验结果对工程设计具有一定参考价值。

高拱坝非对称泄洪消能布置优化试验研究

白鹤滩水电工程具有窄河谷、大泄量的特点,泄洪消能问题突出。为了避免有限空间内的水舌重叠,采用泄洪表孔3组非对称排布的泄洪消能布置方式。模型试验表明,原布置方案中在坝身泄洪孔口表、深孔单独泄洪时能有效分散水舌,但在坝身表、深孔联合泄洪时,水垫塘内冲击压力峰值超过常规标准,可能影响水垫塘安全运行。通过分析表、深孔水舌的空中碰撞特点,调整表孔俯角后,改善了水舌空中碰撞效果,同时改变深孔平面偏转角后,坦化了大功率泄洪时水垫塘动水冲击压力分布。优化后的非对称布置方案在高效消能的同时保证了水垫塘的安全。

消力池底板上举力的神经网络模型预测

利用BP人工神经网络的非线性映射功能,结合水槽中两种主要消能形式的模型试验,以流场中作用在板块上表面实测脉动压力为变量,构建了一个简单的上举力预测系统。经过实测资料验证,该系统预测效果较好。本文的研究成果对消力池安全实时监测具有一定的意义。

基于河道冲刷特性的枢纽流量调度研究

岸边式泄洪洞泄洪时下游河道冲刷问题关系到工程安全,同时冲刷引起的河道淤积也会导致尾水位抬高。大型泄洪枢纽可通过合理的流量分配抬高下游水位,降低河道冲刷,减少河道淤积对电站尾水的影响。以白鹤滩水电工程为例,通过1∶50水工模型对其泄洪洞出口的深覆盖层地形进行模拟,研究了并联式岸边泄洪洞不同运行组合下消能区河道的冲刷形态;通过对试验数据的回归分析,提出了冲坑与堆积体的预测公式;以下游岸坡安全及河道淤积最小化为参考指标,结合泄洪洞出口布置形式及消能区河道的水位流量关系,提出了一种兼顾安全和效益的调度方法。本文研究结果可供水利枢纽工程运行调度参考。

高坝泄洪诱发环境噪声试验研究

针对原型高坝大功率泄洪引起的噪声影响范围广、难以定量评估的问题,采用大尺度水工模型量测泄洪消能时的噪声场,根据噪声场的主要声源建立了噪声强度概化模型,对试验数据回归分析得出泄洪水舌入水时的辐射声功率。试验结果表明,水舌入水时辐射声功率与水舌入水角度有关,入水角度越小,辐射声功率越大;挑流水舌入水角度随着泄流量增大而逐渐减小,挑流水舌辐射声功率随着泄洪功率增大而呈抛物线增长。

基于自回归模型的水流脉动压力频谱特征研究

以具有4种Fr数、3种比尺共12组工况的水流脉动压力试验数据为基础,提出将基于自回归(AR)模型的现代谱估计方法应用于水流脉动压力频谱特征研究中。分析结果表明:水流脉动压力谱密度曲线平滑、方差小,因不受虚假峰值的影响,谱密度曲线呈窄带有色噪声形式分布,主频率明确;经St数归一化后,Fr数相同的3条脉动压力谱密度曲线在主要频率范围内基本重合,表明水流脉动压力频谱特征在其主要频率范围内满足重力相似律。

S形弯曲河段低水头闸坝枢纽口门区通航水流条件研究

以老口枢纽为例,分析S形弯曲河段上低水头闸坝枢纽引航道上、下游口门区水流特点,通过整体物理模型试验及自航船模验证试验,提出改善水流条件的具体措施。研究结果表明:通过修改上下引航道隔墙形式、局部地形开挖、岸坡回填、增设潜丁坝,以及调整凸岸岸线等措施,调整了引航道中心线位置并缩小引航道中心线与河道主流流向交角,减弱及消除了上下游引航道及口门区存在的回流、挑流及隔墙堤头的绕流等不利流态,有效改善了老口枢纽的通航水流条件,为S形弯曲河段低水头闸坝枢纽设计提供参考。

噪声对水跃区脉动压力的影响及处理方法

在模型试验中,由于各种噪声的存在,常使水跃区脉动压力信号产生畸变,需要一定的处理方法来还原真实信号.为此,应用信号分解和自适应滤波方法对水跃区脉动压力信号进行研究和处理.结果表明,水跃区脉动压力信号包括真实信号和噪声2部分,而噪声一般包括背景噪声、电噪声和传感器振动所产生的附加脉动压力噪声3个部分,其中附加脉动压力噪声不可忽略.自适应滤波可以有效地滤除附加脉动压力噪声使信号得到很好的还原.该方法和结果为脉动压力模型试验布置、测试及数据处理提供了有益的技术参考.

青田水利枢纽通航水流条件试验研究

青田水利枢纽虽位于瓯江较为顺直的河段,但受支流、潮汐及下游河道收窄的影响,建成后枢纽通航水流条件较为复杂。基于水工整体物理模型试验,对青田水利枢纽建成后的通航水流条件进行了模拟研究。模型试验研究表明,枢纽及主要通航建筑物布置基本合理,但设计方案在运行中容易出现斜流问题,尤其是在中、小流量情况下,从而影响到船舶安全进出引航道,导致通航保证率得不到保障。试验采取调整导航墙及航线等措施,对原方案进行了优化,最终提出了航道及通航建筑物的推荐布置方案,以及最大通航流量。同时对支流入汇、潮汐影响等问题进行了研究,探讨论证了在推荐布置方案及控制流量下的通航安全性。

“S”形急弯河段通航水流条件研究

犬木塘枢纽坝址所在河段呈“S”形急弯形态,上游口门区位于束窄形弯道凹岸,下游引航道口门区在弯曲河流段转向处,枢纽泄水时上下游口门区及连接段水流条件复杂,存在较为严重的斜流和回流,难以满足通航要求。通过1100整体物理模型试验,研究上、下游航道不良水流条件形成的主要原因,通过调整上游航线、隔流墙布置、局部疏浚及下游菱形墩结构和布置等综合措施,有效降低了口门区纵横向流速和回流流速,使各项水力指标均满足规范要求,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。

海上风电场风能计算中关于海面粗糙度问题的探讨

提出一种利用海上10m高度的实测风速推求海面粗糙度的新方法。通过分析计算并与实测值进行对比,采用新方法计算时,风速误差为2.04%,风功率密度的误差为10.39%;采用传统零粗糙度计算方法时,风速误差为4.51%,风功率密度的误差为16.88%;在大风时段,用新方法计算时风速和风功率密度的计算结果比传统方法的计算结果更接近实测值。实例表明:采用新的粗糙度计算方法能够使海面推求的风资源结果更接近真实值。

山溪性弯道河段船闸通航水流条件试验研究

招贤枢纽位于山溪性河流转弯段,上游引航道处于凸岸主槽,下游引航道口门区处于下弯道凹岸,口门区及连接段存在较为严重的横向流速、回流、泡漩等不利水力现象,难以满足通航要求。依托180整体物理模型试验,研究上、下游航道不良水流条件形成的主要原因,通过调整枢纽运行方式以及疏浚局部下游河道等综合措施,有效降低口门区纵、横向流速和回流流速,使各项水力指标均满足规范要求,极大改善了船闸上下游引航道及其口门区通航水流条件,确保过闸船舶的安全。研究结果可供相关枢纽工程参考。

高拱坝大泄量碰撞消能水垫塘底板冲击压强试验研究

鉴于目前水垫塘冲击压强的研究多为定性分析,考虑多因素影响的定量研究尚不多见,基于某在建大泄量高拱坝碰撞消能工况开展了水工物理模型试验,在碰撞流态的基础上研究多因素影响下冲击压强演变规律。结果表明,当前研究范围内,水垫塘最大冲击压强与泄量水深比、表深孔流量比显著相关,建立了基于各参数的最大冲击压强经验表达式,研究结果可供实际工程参考应用。

大角度弯道河流通航水流条件研究

依托红花枢纽二线船闸工程项目,采用整体水工模型方案,对大角度弯道水流情况下改善通航水流条件、优化枢纽运行方式等进行研究。结果表明:在枢纽上游水流极其复杂,口门区出现漩涡、泡漩等恶劣水流情况下,可以通过设置导流坝、局部整平以及调整隔流堤长度来调整水流;下游口门区水流可以通过优化枢纽运行方式来调整。

多线船闸下游极低通航水位通航水流条件试验研究

红花多线船闸下游通航水位较低时,受河道地形影响,口门区出现大范围斜流和横流,严重威胁航运安全。采用1100整体水工模型及自航船模试验,根据低通航水位水流特点,提出并论证大区域疏深挖槽导流、降低碍航段沙洲高程、延长隔流堤长度与洼地回填制造隔流带等综合措施,有效降低了口门区纵、横向流速和回流流速。经验证,优化措施不仅可满足下游低水位的通航要求,还可以提高船闸的最大通航流量,提高船闸通航效率。船模试验结果表明,船舶操纵参数均在要求范围内。研究结果可供相关枢纽工程参考。

赣江南支吉里枢纽通航水流条件试验研究及其优化措施

赣江南支吉里枢纽位于S形急弯河道,河势地形复杂,引航道口门区及连接段水流条件较差,依托1:100整体水工物理模型对其通航水流条件进行研究。结果表明:1)枢纽上游水流条件复杂,通过调整上游航线与主流交角至31.08°、整治滩地子堤高程至17 m、土堤退后30 m、合龙等工程措施,基本满足水流横向流速在0.3 m/s之内的要求。2)枢纽下游口门区及连接段可通过调整下游切滩角度至10°使得各项流速指标满足规范要求。

平底型与反拱型水垫塘动水荷载对比试验研究

水垫塘结构是影响高坝泄洪消能的关键,优化水垫塘底板型式对有效地增加底板稳定性和减小动水荷载至关重要。平底型和反拱型底板作为两种常见的水垫塘结构型式被业界广泛采用,但关于两者的动水荷载特性对比研究尚不多见。基于白鹤滩水电站1∶50整体模型,采用物理模型试验的方法对比了平底型和反拱型水垫塘在时均压强和脉动压强方面的特性。结果表明:反拱型水垫塘底板的时均压强峰值小于平底型,来流方向上反拱型水垫塘底板的时均压强低谷值小于平底型;两种型式水垫塘脉动压强峰值差异较小,反拱型底板整体脉动压强大于平底型,但反拱型脉动压强梯度小于平底型。