超标准洪水条件下土石坝防洪及抢护技术综述

对超标准洪水条件下土石坝安全问题的研究成果进行了回顾和总结,认为:①超标准洪水条件下土石坝的稳定性研究尚处于起步阶段,缺乏能够快速判别遇超标准洪水条件下土石坝稳定性的方法;②目前国内外对土石坝溃决时间的预测精度很低,已有的溃坝时间预测经验公式所含的参数大多不超过两个,对下游安全预警的参考价值不大;③绝大多数溃坝时间公式含有已溃坝体溃口特征值,公式量纲不和谐,且没有区分溃口初始形成阶段与溃口快速发展阶段,难以为土坝漫顶抢护时机的把握提供可靠技术支持;④先前的抢护技术研究主要集中在土坝漫顶前或溃口形成后,缺乏对"漫顶后溃口形成前"这一重要阶段抢护方法的专门研究;⑤我国对"过水土坝"的研究相对滞后。建议:①后期研究应着眼于提出相对准确、简便、快捷的超标准洪水条件下土石坝稳定性判定方法,以期为防洪决策提供技术支持;②开展"漫顶后大溃口形成前"这一阶段的抢护技术研究,改变以往护坡措施的盲目性;③加强不同护坡材料、不同护坡实施方案的研究。

超标准洪水条件下土石坝安全性应急判别分析

当前极端气候频发,溃坝事件时有发生,提出一种超标准洪水条件下快速判别土石坝安全性的方法对于提升中国防洪决策水平、提高抗洪抢险能力具有重要的意义。然而,由于坝体结构复杂,不确定因素众多,超标准条件下快速判断土石坝安全性具有非常大的难度。借鉴堰塞湖天然坝安全性判别的研究方法,将判别分析法应用于超标准洪水条件下土石坝的安全性快速判别分析,结果证明,该套思路是可行的。从各坝体安全性判别分析方法的预测结果来看,判别分析法和IDB指标判别方法具有较高的判别正确率,两种判别方法正确率均达到90.0%,优于其它简单指标判别方法。

基于元胞自动机的土石坝溃决模拟

基于元胞自动机理论,结合土石坝实际状况,模拟了导致土石坝溃决的主要要素,建立了土石坝溃决演化模型,并以大洼水库为例,采用该模型模拟了漫顶溃决和渗流破坏引起的土石坝溃决。结果表明,模拟结果与现场试验结果吻合较好。

判别分析法在土石坝稳定性快速判别中的应用

为了在超标准洪水来临发生漫坝溢流时对土石坝坝体的稳定性进行快速判别,基于判别分析法,采用27座土石坝溃坝资料建立了坝体在超标准洪水条件下的稳定性快速判别模型。实际应用结果表明:所建模型交叉验证正确率最高可达96.3%;与现有的各种坝体稳定性判别方法相比,判别分析法是相对有效的坝体稳定性判别方法,可很好地应用于超标准洪水条件下土石坝稳定性的快速判别。

高水头船闸大型船舶导航墙停泊条件研究

高水头船闸导航墙水流条件复杂,大型船舶在导航墙待闸存在船舶靠泊和系缆设施安全等问题。以葛洲坝二号船闸导航墙停泊条件研究为例,通过模型试验、系缆力测试等技术方法,分析不同工作水头下船闸充泄水、船闸人字门启闭过程中上、下游导航墙不同停泊位置的船舶停泊条件及其变化规律,提出船舶系缆力超过设计值的对策措施。研究表明:上游导航墙停泊条件良好,船舶系缆力较低;下游导航墙受船闸泄水影响大,且与船闸工作水头密切相关,停泊条件较差,采取优化船闸阀门运行及泄水工艺、避开船闸泄水影响范围、增加船舶系缆数量等措施,可起到降低单个系船柱船舶系缆力的作用,下游导航墙系缆设施及船舶停泊条件预期满足要求。

两机一洞尾水调压室阻抗损失系数模型试验研究

水电站引水发电系统中调压室的阻抗损失系数是影响机组过渡过程计算结果的重要因素,目前阻抗损失系数一般在行业规范推荐的范围内进行取值,往往与试验值有所偏差,不利于调压室体型的优化设计。通过采用大比尺的调压室水工模型,对两机一洞型式的水电站阻抗式尾水调压室进行大流量条件下的水力学试验,研究不同水流流态和分流比对调压室阻抗损失系数的影响,分析控制工况下调压室的流入和流出阻抗损失系数,给出了调压室阻抗损失系数与分流比的拟合公式和关系曲线。研究结果填补了两机一洞型式的水电站尾水调压室阻抗损失系数试验的空白,可为此类调压室的水力计算分析提供依据。

光驱诱鱼技术和声驱诱鱼技术研究现状与应用前景

光、声驱诱鱼技术对保证鱼类洄游顺利通过过鱼设施具有重要价值与深远意义。光、声是影响鱼类行为特征的环境因子,不同的光、声条件会使鱼类产生不同的行为特征。阐述了光、声驱诱鱼的生理学基础,探讨了影响鱼类趋光性与趋音性的因素。通过对历年以来相关项目及研究成果的分析,总结了光、声驱诱鱼技术的研究现状,提出了光、声驱诱鱼技术的应用前景,并指出今后可将光驱诱鱼技术和声驱诱鱼技术相结合进行定向导鱼,加大对鱼类与光照的照度和光色、声音的响度和频率等因素的响应关系的研究,可供从事光、声驱诱鱼研究的科研人员提供参考。

适应整体式闸室结构的船闸输水系统研究

采用整体式闸室结构的船闸,闸室宽度较大时需采用左、右侧完全独立的输水系统布置型式,相关规范中经典左、右侧独立的输水系统布置适用于较低水头船闸,若应用于中、高水头船闸则闸室内停泊条件较差,且系缆力难以满足要求。以水头近20 m,闸室平面尺寸达120.0 m×23.0 m的孤山船闸为例,对左、右侧独立的船闸输水系统布置型式创新设计进行了介绍。通过类比分析、数模计算和物理模型试验研究,最终确定了独创性的自分流全闸室出水2区段4纵支廊道等惯性输水系统布置型式及阀门运行方式,很好地解决了中、高水头船闸在大闸室宽度下,左、右侧输水系统完全独立带来的闸室内停泊条件较差的问题。相关经验可供类似中、高水头船闸设计参考。

施工围堰缩窄引航道对坝区通航水流的影响

船闸扩能改造期施工围堰缩窄了引航道的局部水域宽度,改变了引航道的通航水流条件,对坝区过往船舶的安全航行存在影响。以葛洲坝水利枢纽为例,针对船闸扩能改造期施工围堰缩窄引航道局部水域引起的通航水力学问题,建立水动力数学模型,研究了船闸不同运行水位条件下施工围堰对船闸上游引航道和口门区通航水流条件的影响。根据模拟结果,提出了合理的船闸优化运行方式,降低了引航道最大流速、最大波高、水面线坡降等各项水力指标。研究成果对船闸扩能改造期船舶安全快速过闸具有重要参考意义。

乌东德5号导流隧洞改建体型水力特性研究

乌东德水电站下闸蓄水期间利用5号导流隧洞过流,以满足坝下生态流量及水位衔接的要求。针对原导流洞体型有压段出口流速高的问题,提出了在导流洞有限的有压段范围内增设洞塞消能的方案。采用三维数值模拟技术对四种洞塞方案进行了研究,根据计算成果及生态流量要求确定采用两级洞塞方案。采用模型试验对两种两级洞塞方案的流态及压力进行了详细研究,结果表明:随着水位的增加,两种改建体型的导流洞有压段流态均从明流向满流转变,并在闸门段出现不稳定气囊。两级洞塞及延长方案的时均压力值及分布规律相似,脉动压力均波动剧烈且部分测点达到负压极值,延长方案泄水孔进口处脉动压力峰值略小。

汉江兴隆船闸输水系统水力学原型观测研究

兴隆船闸实际通航船舶类型及阀门运行方式均与设计存在差异,需通过原型观测获得相关水力学参数,对船闸运行以及过闸船舶安全的影响加以判断,并优化阀门运行方式。观测结果表明:现有运行水头及阀门运行方式下,两侧阀门运行同步性较差;充、泄水时间均满足设计要求;泄水时进水口区域出现偶发性吸气漩涡,但并未危害闸室内船舶的停泊安全;闸室内船舶系缆力满足规范要求。船闸双边泄水采用推荐运行方式,可有效改善进水口流态。

溃坝洪水在下游水库的演进及坝前爬高

基于物理模型试验,探讨上游坝体溃决时间T_1、上游坝前水深H_1、上游水库面积S_1、下游坝前水深H_2及下游水库面积S_2等因素对溃坝洪水在下游水库演进、初始波高及下游坝前初始波浪爬高的影响。结果表明:溃坝洪水在下游水库的演进过程可分为洪水波、洪水涌浪、反射叠加、振荡衰减4个阶段。下游坝前初始波浪爬高随T_1、H_2、S_2的增大而减小,随H_1的增加而增大,与上游水库面积S_1无明显相关关系。拟合出下游坝前初始波浪爬高值经验公式,并得出各因素对波浪初始爬高影响程度从大到小的次序为:T_1、S_2、H_1、H_2。

竖缝式鱼道梯形断面池室水动力学特性研究

水利工程建设一定程度上破坏了河流的纵向连接,改变了河流的生态系统,鱼道成为鱼类逆流而上的关键洄游通道。采用三维紊流模型对常规的竖缝式矩形池室鱼道及新设计的竖缝式梯形池室鱼道分别开展了数值模拟计算,分析了相同流量及水位条件下两种池室的水流结构、流速及紊动能分布规律。对比发现:梯形池室回流区范围较大,回流区流速较小,且竖缝处的流速分布较为均匀,最大流速及紊动能均较矩形池室小;矩形池室流速及紊动能沿水深方向呈典型二元分布,梯形池室竖缝处流速沿水深向上逐渐减小,紊动能逐渐增大。竖缝式梯形池室鱼道作为一种非常规的鱼道型式,水力特性基本满足鱼类的洄游,且部分指标较矩形鱼道更优,相关成果可为优化鱼道设计提供参考。

土石坝漫顶过程水力特性分析

土石坝漫顶过程极其复杂，溃决过程研究成果存在诸多争议。采用标准k-ε紊流模型和VOF方法对土石坝水流漫顶过程进行了水气两相流数值模拟，对漫顶过程水流流念、流速分布等进行了详细分析，揭示了坝面切应力分布规律。该规律的发现可以用于解释笔者先前提出的“落点冲蚀”猜想及“剪剥式”冲蚀理论，即漫顶条件下最先发生冲蚀的部位可能在坝坡中上部，漫顶冲蚀以台阶式冲蚀为溃决的主要特征。

超高水头大型分散3级船闸输水系统研究

分散3级船闸方案作为三峡水运新通道的比选方案之一,具有闸室尺度大、水头高、运行方式独特的特点,综合水力指标极高.通过工程类比分析与计算,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,确定了较适合的自分流全闸室出水输水系统的布置格局以及输水系统关键部位尺寸;通过计算分析获取了较优的阀门联合运行方式和阀门段埋深.闸室输水水力特性计算结果表明,相关水力指标满足规范及设计要求,确定的船闸输水系统布置及阀门运行方式是合适的.