基于流道进流指标分析的大型泵站进水池优化调度研究

大型泵站多台机组共用进水池,不同机组运行组合时进水池内流态不一,泵站流道进口的水流条件也有所区别,较优的调度方案可避免较差的进流流态从而保证泵站机组运行的稳定性及效率。结合某大型泵站工程,建立进水明渠、箱涵、进水池及进水流道三维数学模型,并以流道进口断面流速均匀度和流速加权平均偏流角为进流指标函数对不同机组组合运行时的进水池内流态及流道进口进流条件进行研究。研究表明:不同开机组合时,泵站进流条件存在一定的区别,并主要体现在流速加权平均偏流角。在开启相同机组台数情况下,机组相邻运行较间隔运行更优,中间机组运行较2侧机组运行更优。根据全组合试验研究提出了不同机组运行数量时的较优组合方案。研究成果可供类似工程参考。

滨海水闸闸下冲刷特征及机理研究

滨海水闸冲刷条件较差,不仅存在常规水闸低Fr数消能难的特点,还存在闸下基础稳定性及抗冲能力较差,闸下水位随潮涨潮落变动等特点,且其下游水域开阔,冲刷特性较常规水闸更为复杂。根据多年来模型试验成果,针对滨海水闸冲刷特征,从水流流态、扩散角及紊动切应力等多方面系统分析了闸下冲刷机理。研究表明:滨海水闸出闸水流平面上存在主流和副流两部分,在冲刷特征上可分为主流冲刷及副流冲刷,其中副流冲刷是引起滨海水闸冲刷破坏的主要因素。主流冲刷可分为缓流冲刷与急流冲刷,符合二元冲刷基本特征。副流冲刷则以回流淘刷为主,冲刷形态受水流扩散角、回流及回流挤压、紊动切应力三方面影响。相关研究成果可为制定闸下防冲对策提供理论依据。

正交试验法在感潮河口水闸闸下冲淤试验中的应用

河口水闸闸下淤积问题非常普遍,需通过水力冲淤来解决。影响水力冲淤效率的因素主要有闸上水位、下游潮位、下泄流量、闸下淤积高度、潮沟情况等。通过温州殴飞滩南2#闸水工模型实例,介绍使用正交试验法研究这5个因素对水力冲淤效率的影响,得到影响水沙比的主要因素以及各个因素之间的主次关系,为河口水闸的运行调度、冲淤等提供技术依据。

瓯飞一期围垦工程北1#闸消能试验研究

北1#闸位于瓯飞一期围垦工程瓯江侧为I等工程,其外海侧潮差大,运行工况复杂。而水闸本身属低水头、低佛汝德数消能,消能率不高,故消力池型式的优化设计对大闸安全显得尤为重要。通过1∶50整体水工模型详细研究了无翼墙二级消力池的布置型式,对闸下消能方案进行了比选,并从水流流态、闸下冲刷等方面综合考虑,提出了适合该工程的消能布置型式,试验表明该布置型式可以有效地解决闸下水深不足时的水流衔接问题。

消力戽面沿程脉动压强特征研究

为研究戽流消能时戽面脉动压强特征及变化情况,结合实际工程,建立1∶60物理模型,应用DJ800多功能采集系统,对自由戽流、附着戽流、临界戽流及稳定戽流流态时戽面脉动压强进行观测。对戽面脉动强度特征、概率密度特征及频谱特性等参数进行统计,结果表明:戽流流态发生变化时戽面脉动压强随之发生变化,在泄流平顺的条件下,戽面脉动压强由大到小依次为稳定戽流>临界戽流>附着戽流≈自由戽流。戽面脉动压强概率密度基本符合正态分布,但临界戽流流态时,戽面鼻坎处峰态系数较大,且略有正偏。戽面上脉动压强主频主要集中在低频段,但随着下游水位的升高及流态的变化,戽面上脉动压强逐渐向高频段移动。

垂向弯曲坝身泄洪洞压力特性研究

垂向弯曲坝身泄洪洞是一种适用于闸门需频繁开启的坝身泄水形式,一般沿程含有压段和无压段。此类泄水建筑物的特点是有压段出口处存在坡度较大的垂向转弯并与无压段相连接,压坡处为陡坡。目前,对有压段出口压坡的研究主要集中在平直或较缓底坡上。对较陡底坡的泄洪洞体型研究较少,若设计不当将带来较大的安全隐患。通过物理模型试验对垂向二维数值模型进行验证,并以数学模型对某工程垂向弯曲泄水洞沿程压力分布特性进行研究。研究表明:出口底坡较陡时,有压段进口侧上缘最小压力与平均收缩率及上游水头均存在相关关系,并结合试验成果提出有压段进口侧(上缘)最小压强的计算公式。同时基于前人的研究,对有压段出口处及渥奇段低压区的预防提出相关设计理念。

泵站进水池自由表面漩涡研究

泵站进水池自由表面漩涡是影响泵站运行稳定性的重要因素,为准确判断泵站在实际运行中是否会产生吸气漩涡,研究了进水口淹没深度H/D以及淹没弗劳德数与泵站进水口吸气漩涡之间的关系,同时进行了泵站进口水工模型试验对漩涡判断标准进行验证,试验中选择增加流量来消除物模试验中的缩尺效应。结果表明,泵站进口漩涡试验与临界淹没深度以及淹没弗劳德数对泵站进口是否发生进气漩涡的判断是基本一致的,临界淹没深度以及淹没弗劳德数可作为泵站进口是否发生吸气漩涡的依据,但是泵站进口仍然发生了3~4型漩涡,宜考虑防止出现。该研究可为以后类似的工程提供借鉴。

胸墙式泄洪闸模型试验及数值模拟优化研究

胸墙式泄洪闸采用孔口出流泄洪,沿程的水流流态和衔接形式复杂。为验证泄洪闸设计的合理性,采用水工模型试验和三维数值模拟相结合的方法,对泄洪闸的过流能力、水流流态、流速分布及压力分布等水力学参数进行了分析,对进口导墙和胸墙形式进行了优化设计。试验结果和数值计算结果吻合良好,优化后的泄洪闸进口流态良好,进水顺畅,且堰面负压较小,同时能将泄洪闸的泄流能力提高3%~5%。

基于TRIZ理论的滨海水闸闸下防冲技术研究

滨海水闸设计条件复杂,防冲问题突出,以TRIZ创新理论为基础,通过因果属性分析法,系统地梳理了水闸闸下冲刷中存在的内在规律和原理,探索多方案、多目标的消能防冲办法。结果表明,基于该理论所提出的解决方案多数已为各方学者所采用,TRIZ理论既可为设计提供比选方案,也为防冲技术研究提供了方向,值得进一步引入到水利工程的科研及设计创新中。

滨海水闸闸下冲刷成因及布置优化分析——以瓯飞东2号闸为例

滨海地区水闸基础软弱,抗冲能力较差,闸下水位亦随潮汐涨落频繁,对水闸的防冲安全及运行维护带来巨大压力。以瓯飞一期围垦工程东2号闸为例,采用物理模型试验,对闸下控制潮位、消能工布置、海漫布置及冲刷时间等主要影响参数开展分析,初步揭示了闸下冲刷的成因及特点。并以此为基础,提出了改善方向及优化方案,消除了传统布置中存在的盘头冲刷问题,成果可为类似工程参考。

水力自控翻板门数值模拟研究

水力自控翻板闸门能随水位涨落而自动启闭、结构简单、造价低廉,在水利工程中得到广泛应用。采用RNGk-ε紊流数值模型模拟方法,利用VOF方法跟踪自由水面,对杨卜山水力自控翻板闸门进行了数值模拟研究。分析研究了闸门不同开度和自由泄流状态下的泄流能力、过闸水流的流态、流速分布特性以及作用在闸门面板上时均压强等,计算结果与试验实测结果吻合良好。采用的Flow-3D软件能为类似水工水力学研究提供良好的计算平台。

钱塘江强潮河口排涝闸现状、问题及应对措施

目前钱塘江河口沿线的挡潮排涝闸以内凹式布置为主,闸室宽度规模约为闸上河道宽度的0.60~0.85。由于钱塘江河口所具有的强涌潮和高含沙量特性,容易造成闸下淤积,局部淘刷严重;加上闸上河道配套规模偏小,从而影响了排涝闸排涝能力的充分发挥。针对上述问题,结合多年工作实践经验和前人的研究成果,提出了在闸前增设调蓄设施、闸轴线与堤线一字型布置等技术。上述措施可以在确保工程安全的前提下,有效地提高排涝闸的排涝能力,有利于提高区域的防灾减灾能力,为当地社会和经济发展提供防洪安全保障。研究成果可为感潮河口排涝闸等类似工程的设计提供参考。

水力自控翻板闸门二维数值模拟研究

通过二维数值模拟研究了水力自控翻板闸门门顶门底同时淹没出流时的泄流能力,并结合以往翻板闸门工程水槽试验成果对计算结果进行分析。结果表明,计算结果拟合公式计算值和试验值较接近,可为翻板闸门的设计和运行中流量的估算提供参考。

闸上河道规模对行洪影响分析

闸坝工程建设后往往会抬高上游河道洪水位,对两岸的防洪不利,因此需要采取应对措施以抵消其不利影响。以某工程建设拦河闸枢纽为例,采用平面二维数学模型,对两种方案沿程洪水位变化、影响范围以及洪水过程线的变化进行了分析。研究表明:拦河闸闸上河道规模扩大后,库区上游500~1000 m左右水位较常规方案有所抬高,但是幅度不大,库区上游1 km以外4~8 km范围内水位较常规方案大幅度降低,防洪效益明显。上游通过扩大闸前河道规模的方法,可达到既满足供水要求又能降低上游洪水位的目的。研究成果可供类似工程参考应用。

鳌江干流水头段防洪治理工程效益初步分析

鳌江干流水头段为河道的潮流界区域,上承洪水,下御潮汐,防洪能力薄弱,整治条件复杂。为分析该区域的防洪治理效果,采用物理模型及数学模型开展相关研究。结果表明,分洪、拓宽、疏浚、裁弯、筑堤等措施各有利弊,但经综合整治后,能够有效提高区域的总体防洪能力。因此,在复杂河道中开展防洪治理时,有必要厘清各措施的特点,传统的最高洪水位降幅不一定作为效益分析的唯一标准,最终决策的依据是能否为当地居民的正常生产生活提供保障,即形成有效的防洪闭合圈,必要时可权衡利弊,多管齐下。

八堡排水泵站进水口方案优化研究

八堡排水泵站利用运河二通道作为排水干河,进水口附近的水流流态较为复杂。通过平面二维数学模型结合水工物理模型,对泵站进水口不同布置方案时的进流流态及通航水流条件进行研究。对进水口口门宽度、导航墩角度及单孔净宽等多因素指标进行分析,提出八堡泵站进水口推荐布置方案。该方案可同时满足泵站进流流态及运河二通道通航安全要求。

方溪水库溢洪道消力池优化试验研究

高水头泄水工程一般泄洪流量较大,在工程设计中泄洪消能及下游防护问题尤为突出,也是工程建设过程中水力学研究的关键。结合方溪水库工程,通过水工模型试验对下游消力池不同布置方案的消能情况进行了比较,最终通过设置二级消力池且右侧边墙单侧扩散的布置方式,较好地解决了一级池消能后水流较集中流速较大的问题,确保工程建成后行洪时河床及岸坡的稳定以及工程区周边建筑物的安全,为设计提供了技术依据。

泵站出水池-无压隧洞过渡段体型优化研究

泵站出水池到无压隧洞过渡段体型对隧洞的过流能力、沿程水面线及局部水头损失影响显著。针对某泵站工程过渡段的水流特性问题,采用比尺为1∶25物理模型对该过渡段进行了优化研究,延长了过渡段长度,增加了边墙扭曲段。研究发现:模型改进后,过流能力增加,水流平稳;局部水头系数从原设计的0.057~0.111减小至0.051~0.111;中心线水面线的纵向变化幅度减小。通过各项指标表明,优化后的过渡段比原设计方案显现出更为优良的特性,提出的优化设计方法可为其他类似工程提供借鉴经验。

浅析闸站标准化管理的创建

长久以来,大部分水利工程一直存在着"重建轻管"的现象,主要表现为责任主体不明确、管护经费难落实、管护力量不到位、操作流程不规范等,其中尤以中小型工程最为突出。为此,2016年伊始,浙江省全面推行水利工程标准化管理建设,以确保工程的运行安全及效益的正常发挥。以某闸站工程标准化创建工作为例,详细地梳理了管理过程中存在的问题及难点,架构以信息化为手段的标准化管理模式,实现分工明确、责任到人,流程规范、台账清晰的实施目标。

杭州八堡泵站泵前航道安全调度研究

杭州八堡排水泵站为扩大杭嘉湖南排重大水利工程,也是京杭运河沟通钱塘江第二通道的关键性节点工程,设计排涝流量200 m^3/s,为大(1)型排涝泵站。由于泵站进水口与八堡船闸引航道交汇布置,泵站运行对进水口附近通航水流条件及航道冲刷产生影响。通过建立泵站及泵前航道平面二维数学模型,计算分析了泵站不同运行工况下进水口附近流速流态分布情况,提出了满足泵前航道安全的调度运行方式。