公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结

中国首次建成的公伯峡水电站旋流泄洪洞已通过了原型观测和专家会议验收。就此,对该泄洪洞的试验研究进行了总结,重点说明3个问题:①公伯峡水电站为什么采用旋流泄洪洞;②旋流泄洪洞存在的水力学问题及解决办法;③怎样优化设计旋流泄洪洞,并提出旋流泄洪洞设计方法,可供设计科研参考。

溪洛渡高拱坝反拱水垫塘与平底水垫塘流场的三维数值模拟比较

采用RNG型k-ε三维紊流数学模型和自由水面"刚盖"的假定,对溪洛渡高拱坝七表孔泄洪工况下,反拱水垫塘与平底水垫塘的流场进行了数值模拟。首先把反拱水垫塘溢流中心线、两岸边附近的流速以及拱底板压强的计算值与相应的模型实测值进行了验证。在此基础上,对两种水垫塘的流态特征、近壁流速沿程扩散特征、底板压强分布等特征进行了详细比较。研究表明,两种水垫塘体型各有利弊。在水舌入水区,反拱水垫塘的流态和底板压强分布更趋合理,而平底水垫塘隅角有高压区,易产生破坏。在冲击区上下游,反拱水垫塘的流态、消能效果和底板压强分布的合理性逊于平底水垫塘。研究成果可为水垫塘型式的选择和设计提供参考。

高拱坝下游水垫塘内流场的数值模拟

运用带自由表面的三维k-ε气液两相紊流数学模型,采用质量分配的方法概化由于设有齿坎且高程不同的泄洪表孔而形成的复杂水舌形态,模拟了某水利枢纽水垫塘内斜向淹没冲击射流形成的气液两相流场,计算得到的底板时均压力分布与物理模型试验实测结果符合较好.通过数值模拟给出了水垫塘内斜向淹没冲击射流流态和纵横断面上的水气体积分数分布.数学模型弥补了模型试验对水垫塘内部水流流态及有关重要水力学参数难以观测与测量的不足,有助于分析判断泄水建筑物布置的合理性与水垫塘的消能效果.

水垫塘的水流特征和消能规律研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程消能问题研究 ,用热膜流速仪在比尺为 1∶380的精细模型上量测了拱坝挑跌流在水垫塘内的流速场 ,并由试验成果分析了淹没射流在水垫塘内的消能过程 ,计算了消能率。研究表明 ,要想提高水垫塘的消能效率 。

糯扎渡水电站水垫塘护坡不护底试验研究

通过水工模型试验,对糯扎渡水电站溢洪道水垫塘护坡不护底方案进行了可行性研究。在水垫塘平底板(护底)情况下,根据测试出的时均压力、脉动压力和上举力分布分析了底板及边坡的稳定性,以及可能破坏的范围;在水垫塘护坡不护底情况下,研究了各泄洪工况下水垫塘底部及坡脚的冲(淘)刷形态,最大冲(淘)刷深度;在此基础上,分析了水垫塘坡脚淘刷原因,提出了水垫塘的优化布置体型,即扩宽水垫塘并加设护坡台板。试验结果表明,优化后的水垫塘采用护坡不护底方案是可行的。

水垫塘多层淹没射流数值模拟及消能研究

本文对纵向多层淹没射流水垫塘流态进行了数值模拟，将能量方程耦合于ＳＩＭＰＬＥ算法中使计算结果与实测值更为接近．文中分析、比较了单层和多层射流入塘后的水流结构及消能机理．研究表明，由于多层射流的能量耗散加快且分布均匀化和“动水垫”效应，使其在充分发挥水垫消能作用，提高消能率和降低塘底动水荷载及冲剧等方面明显优于单层射流．

反拱水垫塘与平底水垫塘底板稳定性诸方面之比较

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构,拟在我国溪洛渡等高拱坝中采用。在高水头、大流量作用下反拱水垫塘能否安全运用其稳定性是关键技术之一。分析了平底水垫塘和反拱水垫塘的稳定性原理,论证了反拱水垫塘底板具有超载能力强、稳定性高的优点,是高拱坝坝身泄洪消能的合理选择。

水垫塘淹没射流的数值模拟

本文分析了水垫塘内的淹没射流因受固体边界的约束,其流动特性不同于淹没自由射流,而具有各向异性的特点,论述了应用数值模拟的方法研究该问题的重要意义。应用紊流代数应力模型计算了简单边界条件下淹没碰壁射流的扩散规律及紊动特性,对计算结果与试验实测资料作了比较。

反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性的试验研究

对反拱水垫塘底板缝隙中动水压强的特性进行了详细试验研究 ,得出缝口动水压强阻尼特性、盲缝和通缝边界条件对动水压强幅值、时域和频域影响 ,动水压强幅值和谱密度变化规律 ,从而揭示反拱水垫塘底板稳定机理 ,说明反拱底板稳定性比平底板优越。

高坝下游水垫塘冲击射流数模计算研究

结合乌江构皮滩水利枢纽工程 ,以二维大涡模拟方法研究水垫塘内的冲击射流流速场及压力场 ,并与试验研究成果进行比较分析 ,结果发现计算值与试验值基本吻合。

小湾工程护坡不护底水垫塘的试验研究

对小湾工程高水头、大流量坝身泄洪条件下，护坡不护底水垫塘进行了系统地试验研究．在按基岩微弱风化界面铺设动床的情况下，水垫塘基岩冲刷试验表明，坝身泄洪的水垫塘控制工况是表、中孔联合泄洪的工况；在各种泄洪工况下，当基岩抗冲流速为 10～12 m／s 时，校核洪水下基岩冲刷平衡深度小于 15 m．改变二道坝高度的冲刷试验表明，二道坝高度能减少基岩冲刷平衡深度，但高度增加值和基岩冲刷平衡深度的减少值并不相等，适宜的二道坝高程为 1 004．00～1 008．00 m．改变水垫塘两岸边坡的冲刷试验表明，水垫塘底宽对基岩冲刷平衡深度的影响较大，坝身表、中孔单泄时，水垫塘底宽应大于挑流水舌横向重叠的宽度；表、中孔联合泄洪时，水垫塘底宽应大于水舌入水总宽度，否则基岩冲刷平衡深度急剧加深． 根据试验研究和分析提出了一种护坡不护底水垫塘的优化体型——勺型水垫塘，给出了体型尺寸和相应的试验结果．试验表明，小湾水电站水垫塘在现有泄洪布置和基岩抗冲流速 10～12 m／s 的前提下，采用护坡不护底的型式是可行的，如能实现，则将取得显著的经济效益．

反拱水垫塘拱端力变化规律的试验研究

分析了反拱水垫塘底板的稳定机理 ,用先进的模拟方法和量测手段 ,对反拱水垫塘拱端力进行了详细试验研究 ,得出在约 30 0米级水头和最大坝身泄流 (双曲拱坝 ) 30 0 0 0m3 s的作用下 ,拱端力沿程及随下游水深变化的规律、其时域和频域的特性。研究表明 ,若能保证两岸山体和拱支座稳定 。

拉西瓦水电站枢纽关键技术

针对坝址区气候寒冷、河谷狭窄陡峻及高地应力等特点,为保证工程施工进度、确保工程质量开展了多项关键技术研究,如拱坝建基面合理开挖形式、边坡坝段无盖重固结灌浆、埋管法接触灌浆、夏季封拱灌浆以及坝后反拱型水垫塘等多项关键技术研究,在此基础上采用了多项新工艺、新方法,有力地保证了工程质量、进度。

天然水垫塘护坡板块优化结构型式实验研究

护坡不护底的天然水垫塘常具有优越的下游水垫条件,相对于底部基岩,护坡的运行安全更加需要关注.而且,水垫塘护坡破坏的工程事故时有发生.依托乌东德水弹性模型,模拟了护坡板块止水局部破坏的最不利情况,考虑不排水、封闭自排、封闭抽排和透水板块等4种结构型式,对板块与基岩间隙和板块靠水垫塘一侧表面的时均及脉动压强差进行了研究,并通过加密测点、控制缝隙、板块开槽及倾斜钻孔等手段保证结果与实际相符.设计工况下,不排水板块受到的瞬时压强差峰值较大,严重威胁护坡运行安全,封闭自排和透水板块能够有效平衡间隙内外压强,受力条件较好;透水板块间隙内外脉压相关性最高,不排水板块最低,封闭自排板块相关性与测点到排水孔距离成反比,与实际相符.运用随机过程时空相关函数,阐明了护坡板块破坏主要是由于间隙内外水位差产生的时均压强和背/迎水面脉动不相关性导致,与背/迎水面流速和相位差无关.综合考虑各种板块结构的特点,提出了护坡板块优化型式推荐方案.

水垫塘结构形式问题探讨

全混凝土衬砌水垫塘造价较高,后期维护工作量大,因此有必要进一步探讨水垫塘其他可能的结构形式。水垫塘在泄洪工况时,底板各处所受的冲击动水压力和上举力是不同的,水舌冲击点下游侧(水跃漩滚区)的底板受力最大,上游侧底板受力很小,可考虑采用部分混凝土衬砌水垫塘方案;另外在地质条件较好的情况下,还可考虑不衬砌水垫塘预挖冲刷坑加二道坝的消能防冲布置方案。对以上两种方案可行性的初步探讨,可供相关工程参考。

过水围堰消能平台水垫池水力试验研究

针对过水围堰消能防冲特征,提出在消能平台上设置水垫池的方法。通过专门的水力试验装置对消能平台水垫池进行研究,并与无水垫池时的水力特性对比分析。研究表明:水垫池的设置相当于增加了水垫深度,特别在下游基坑水位相对较低、消能平台水深较浅时,可明显改善消能效果;消能平台出口流速较无水垫池时明显降低,能减轻水流对下游护面及堰脚的冲刷;与无水垫池时底板压力峰值出现在消能平台进口附近不同,设有水垫池时压力峰值出现在尾坎附近,可有效缓解消能平台进口的冲击力。采用合适的消能平台水垫池结构,可提高消能防冲作用、改善底板受力条件,有利于过水围堰安全溢洪。

基于移动GIS的城市信息系统的关键技术研究及总体设计

随着手机、掌上电脑和其它移动终端设备的不断普及,以及移动通讯技术如WAP、GPRS等技术快速发展,人们对城市信息化要求越来越高.本文研究了将移动GIS应用到城市信息管理系统上,通过对移动GIS的深入研究及应用平台的开发,建立了一个具有自主版权的移动GIS软件平台和基于该平台的城市信息管理系统.该系统能提供移动定位、路线选择、移动办公、移动会议、交通信息发布、旅游导游、个人的紧急救援等服务.该系统为了提供高效的数据库连接缓冲和高性能的GPS数据处理高速缓冲,分别采用了COM+组件编程和STL模板库中的一系列高效的容器,实现了数据库连接池和GPS数据缓冲池.

高拱坝泄洪消能水力设计研究与应用述评

高拱坝泄洪消能的特点是坝高落差大 ,流量大 ,功率大 ,位于河谷狭窄地区 ,泄洪消能与防冲问题突出 .经科学研究 ,采用“分散泄洪 ,削弱水流冲击力 ,加固河床 ,增强河道抗冲能力”的综合治理措施 ,较好地解决泄洪消能布置问题 .提出了表孔大差动坎加分流齿、双层多孔、水流撞击、下设水垫塘联合消能的典型布置方案 ,经实践证明 ,方案可靠 ,消能效果好 .

反拱水垫塘底板块上举力变化规律的试验研究

反拱水垫塘是一种新型消能防冲结构 ,拟在我国溪洛渡等 30 0m级高拱坝中采用 ,其稳定性是其在高水头、大流量作用下能否安全运用的关键技术之一。结合溪洛渡拱坝 ,试验研究了拱坝坝身泄量达 30 0 0 0m3 /s ,反拱圈横缝止水设施破坏 ,动水压力贯入底板缝隙 ,基岩锚固力失效的极端情况下 ,反拱水垫塘底板块上举力 ,得出底板块上举力分布规律 ,脉动上举力谱密度特性等 ,并推算出拱端的极限推力。研究成果对反拱水垫塘设计、运用和稳定研究具有理论和实际意义。

反拱水垫塘拱圈底板动水压强时域与频域的变化规律

设计试验装置，测量高水头和大流量作用下反拱水垫塘全流场内拱圈底板动水压强．利用分析方法，得出拱圈底板表面与底板缝隙动水压强自相关特征和时空相关特征的变化规律，分析其与反拱水垫塘内水流的流动结构和流态之间的关系，揭示拱圈底板动水压强的变化和传播机理；对其频域特性进行分析，结果表明：拱圈底板表面动水压强的优势频率分布范围较广并比底板缝隙内的宽，其峰值频率分布范围主要集中在0～1Hz，脉动能量均以低频为主．