三峡大坝运行20年泄洪安全评价

近年来国内外高坝泄水建筑物破坏事故时有发生,三峡大坝泄洪流量和落差大,泄洪功率居世界第一,其泄洪安全备受关注。结合三峡大坝自2003年蓄水以来的历次水力学原型观测和以往水工模型试验结果,围绕泄水建筑物布置、泄流能力、动水压强、水流空化、水流掺气与通气风速、空蚀磨损、消能防冲7个要素指标,依据有关技术标准和工程经验建立了一套完整的高坝泄洪安全评价方法,提出了定性标准和量化阈值,并据此对三峡大坝深孔、表孔、排沙孔和排漂孔进行泄洪安全评价。结果表明:大坝泄水建筑物布置是合理的;大坝实际泄流量与设计值符合良好;大坝泄洪流道未见空蚀磨损破坏;三峡大坝运行20 a,泄水建筑物和坝下消能区运行性态正常,泄洪安全可靠。

FLOOD DISCHARGE AND ENERGY DISSIPATION BY JETS FROM OUTLETS IN HIGH ARCH DAM

In this thesis, the scale effect by an aerated water jet diffusing in the water upon the hydrodynamic pressure, the local riverbed scour by multiple layered jets and by those colliding in the vertical and the transverse directions, and the stability of the apron slab both in the inverted arch cushion pool and the flat bottom one by the large discharge and the high water head with 300m level are detailedly researched by means of model test and numerical simulation. A mathematic model simulating the destabilization of the flat bottomed slab is established to open out the mechanism of its stability. Both experimental researches both on the hydrodynamic pressure acted inside joints between the bedrock and the apron slab, and on forces at arch abutments in inverted arch cushion pool are carried out by using an advanced measurement and the imitation means to acquire the mechanism of the inverted arch pool to keep stability and its stability condition.

某工程泄水建筑物泄洪雾化范围计算分析

为了减少泄洪雾化带来的工程影响和损失,笔者结合工程实例,根据理论公式对表孔溢洪洞、泄洪冲沙洞在不同水位下的雾化范围进行估算,并依据估算结果提出针对性工程设计建议。结果表明:表孔溢洪洞在校核洪水位下雾化影响范围最大;该工程的厂区虽位于强暴雨区横向影响范围以外,但处于雾流降雨区范围之内,设计时需考虑雾化对厂区电气设备带来的不利影响;出口边坡局部位于强暴雨区和雾流降雨区范围内,需对边坡进行加固处理并采取表面防护措施,确保边坡运行安全稳定。计算成果可为工程布置、设计提供理论支撑。

某水电站泄洪底孔消能工体型优化

针对某水电站消能区狭窄、左岸水电站尾水渠易受到影响的问题,为了将水舌导向消力池中央,进行了挑流导向方案和面流扩散方案体型优选,最终推荐体型为面流扩散式消能工,并采用模型试验和数值模拟相结合的方法对原设计体型和推荐体型的流态、底板时均压强、脉动压强、流速分布、冲刷特性和消能率进行了对比研究.结果表明:原设计窄缝方案消能效果良好,但水舌主流集中在左右岸两侧,造成了两岸局部冲刷;而面流扩散式方案使下泄水流形成自由面流流态,并快速扩散至整个河道,消能区扩大,有效地降低了底板时均压强、脉动压强、临底流速,且流速和压强分布更加均匀,使得下游河道的冲刷坑深度减小了34%,冲刷范围减小了35%,保障了左岸水电站的安全运行,推荐方案可为类似工程提供参考.

某溢流坝下游泄洪消能布置试验研究

为研究溢流坝下游泄洪消能布置问题,以某实际工程为背景,运用物理模型试验方法,研究布置二道坝后坝下游河床在不同水垫塘形式下(定床、动床和动床预挖)泄洪消能的水力学条件,结果表明:在水垫塘定床条件下能有效改善下游水流流态、降低流速,提高消能效果,减轻对下游河床的冲刷。为了丰富试验结果和进一步优化布置,进行了数值模拟研究,对比数模结果与物模结果吻合较好;在此基础上进一步对平底水垫塘进行数值计算分析表明消能效果虽较原河床条件有明显改善,但平底水垫塘设计仍需进一步优化;结合工程实际情况,对水垫塘底板采取局部预挖加大水垫深度优化方案能有效改善水垫塘底部水流条件,消能效果更优。

数值计算方法在溢洪道阶梯消能的应用设计

为研究白盆珠水库溢洪道台阶段体型参数设计方案,采用了数值计算方法,对台阶段阶梯布置长度展开了泄流消能分析。研究表明,阶梯布置长度不同,但溢洪道断面上流速、压强变化趋势仍为一致性;阶梯长度方案差异性,会改变溢洪道流速、压强量值水平,流速随布置长度为递减变化,但降幅集中在长度50~70m方案内,而压强随之为先增后减变化,长度80m方案下压强最高,同时该方案下前三级台阶流速等值线分布均匀,流态较佳。受阶梯布置长度参数影响,消力池内流速具有两种不同变化趋势,以长度80~110m方案下流速变化更能够泄流消能,且长度80~110m方案下消能率稳定在58.3%左右。结合溢洪道断面水力特性及消力池消能特征,阶梯布置长度80m方案最优。论文可为水库溢洪道阶梯式泄流消能设计提供参考。

岩角塘水库泄洪消能建筑物型式选择与结构设计

泄洪建筑物型式是整个枢纽布置与防洪度汛的重要因素。为确保岩角塘水库泄洪建筑物与河谷地形、坝基软弱基岩、坝肩单薄抗滑岩体等特性相匹配,综合考虑枢纽布置、工程投资和淹没占地等因素,对泄流能力、泄洪方式、溢洪道结构与消能型式等进行了详细论证。研究表明,坝顶表孔溢流、底流消能方式的枢纽布置紧凑,可减少溢洪道开挖并缩短放水建筑物长度,对环境破坏较小,技术与经济指标较优。

姚家平高拱坝水垫塘的研究与选择

高拱坝泄洪消能设施的选择与布置设计是高拱坝设计成败的关键。姚家平水利枢纽属于典型的高山峡谷地区高拱坝项目,其所在位置特殊的地形地质条件给该高拱坝的消能设施布置与设计造成了一定的难度。通过类似工程的类比分析,并结合相关的模型试验科研,得出了符合本工程特点的泄洪消能设施布置方案,明确了水垫塘的长度、厚度和与之对应的二道坝高度,可供类似工程设计参考。

龙井湾水库泄洪消能型式比选与建筑物体型设计

泄洪消能型式选择是泄洪建筑物设计的主要内容,合理泄洪方案是整个水库枢纽安全防洪度汛的保障基础。为确保龙井湾水库泄洪建筑物能匹配开阔河谷、河岸泥岩夹层和泄流量小等特性,综合考虑坝型适应性、施工条件、农田影响和工程投资等因素,从泄水方式、消能防冲型式等方面,对泄洪建筑物布置及结构体型进行了分析计算。论证结果表明,坝身溢洪道自由溢流结合底流消能,具有良好工程匹配性和泄洪消能效果。

扎拉水电站泄洪消能型式比选研究

扎拉水电站首部枢纽具有非对称狭窄河谷、建筑物布置紧凑、地质条件复杂、兼顾生态基流等多重约束的特点,泄洪消能型式比选是枢纽建筑物布置及水工设计的重点工作。结合工程特点,初步拟定了挑流和底流两种消能方案,通过水工模型试验(分析流态、压力特性、流速与河床冲刷),对建筑物布置、雾化、施工条件和技术经济条件等进行了比较。研究表明:底流消能方案消能充分、冲刷和雾化小、建筑物布置优且受泄洪影响小、施工条件更好,相比挑流方案虽经济性略差,但安全性更好、适应性高,最终选择底流消能作为推荐泄洪消能方案。相关成果可供类似工程的泄洪消能建筑物设计施工参考。

开阳县詹家湾水库泄水建筑物设计研究

设计参数的取值对于泄水建筑物能否在服役期内安全运行十分关键。如果忽略建筑物的结构类型和风险级别,会增加大坝失事风险,威胁下游人民财产安全。以开阳县詹家湾水库为例,对其泄水建筑物设计过程进行了探讨。介绍分析了溢流堰剖面设计,计算WES实用堰泄流能力,详细分析了泄槽水面线设计、消能设计过程,研究方法可为相关工程提供参考。

花坝水库泄水建筑物设计浅析

泄水建筑物的布置和设计的合理性,影响到水库工程的投资和运行安全。结合地形地质条件、枢纽建筑物布置、人工开挖边坡、开挖工程量及施工干扰等因素,设计优选了花坝水库泄水建筑物的布置及消能方式,并对其结构进行了优化。计算分析结果表明,溢洪道的泄流能力及结构抗滑稳定安全系数满足规范要求。目前工程正在施工,现场揭露的地质情况与设计基本相符,泄水建筑物设计安全可靠。

两河口水电站泄洪消能区河道防冲桩设计研究

两河口水电站洞式溢洪道挑坎下泄的水流,对下游泄洪消能区河道的冲刷较严重,需对其进行加固。文章根据实际工程资料对河道和岸坡防冲桩的尺寸及布置进行了设计计算,结合经验公式和规范方法对河道冲刷深度进行了计算,并与实测深度进行了比较。结果表明:规范方法冲刷深度结果偏保守,不利于工程安全性,可以使用经验公式进行施工设计;考虑下泄水流对防冲桩的冲击力和滑坡对其施加的水平力,对防冲桩的直径、长度及布置方式进行了设计和计算,结果表明均能满足工程要求,研究成果可为类似工程提供设计参考。

我国高坝建设的现状和面临的挑战

高坝和超高坝建设是水资源综合利用和水能资源开发的需要。为满足国民经济快速发展对水资源和电力供应的要求,高坝建设迎来了前所未有的契机。近50年,特别是改革开放以来,我国高坝建设技术取得了令人注目的进步,总体上处于世界先进水平。随着水电开发的不断深入,高坝工程的地质条件将更为复杂,大坝失事的危害也无法承受,超高坝建设仍然面临着许多困难和挑战。本文在简要回顾国内外高坝、超高坝建设经验的基础上,根据我国在建和拟建高坝(尤其是200m以上超高坝)的特点,对超高坝选型中特别重要的一些影响因素进行了分析和讨论,对坝型和枢纽布置选择、建筑物边坡和基础处理等主要问题进行了研讨,并提出了合理化的建议,以期为高坝的设计研究提供有益的参考。

高拱坝坝身表孔和深孔水流无碰撞泄洪消能试验研究

宽尾墩和窄缝收缩式消能工具有使水流横向收缩、垂向扩散及纵向拉长的功能。本文将宽尾墩和窄缝挑坎分别应用于高拱坝坝身表深孔,并对表孔和深孔出口不同体型组合进行了联合泄洪消能效果的模型试验研究。试验结果表明,当表孔采用宽尾墩、深孔采用窄缝挑坎时,获得了窄长的下泄水流流态,表孔和深孔水舌空中相互穿插下落,不发生碰撞,不仅实现了无碰撞消能的目的,有助于降低泄洪雾化的强度,而且水垫塘底板冲击动压减小。本消能方式可以充分利用下游河道的纵向空间,特别适合于狭窄河谷中的高拱坝坝身泄洪。

X宽尾墩应用与发展的试验研究

本文在总结传统宽尾墩与普通X宽尾墩消能工所存在问题的基础上,通过思林水电站泄洪消能建筑物的试验结果分析,提出一种新型X宽尾墩消能工。该消能工体型简单,能满足表孔泄洪流量变化范围大、消力池纵向长度小、尾坎低的要求。与传统宽尾墩对比试验结果表明,消力池水流消能充分、下游河道水面波动小、消力池底板脉动小、满足工程安全运行的需要。

小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞消能工优化试验

通过新疆库马拉克河小石峡水电站导流兼深孔泄洪洞原设计方案的消能工试验,发现消力池内发生淹没水跃,水跃旋滚区与闸后射流相叠加,使陡坡段水流剧烈脉动。为了防止护坦段在较大的动水荷载下发生振动和破坏,采用在消力池内设置不同于传统布置方式的悬栅式消能工的方式,即从闸后陡坡末端起布置悬栅,悬栅的安装高度随水跃跃高逐渐抬高,呈台阶式布置。试验表明,台阶式布置悬栅起到了破碎水跃上部剧烈回旋运动的表面旋滚的作用,增大了回流的阻力,从而使水跃向下游移动,由淹没式水跃转化成稍有淹没水跃;在悬栅作用下,陡坡段和消力池内水流脉动明显减弱,浪花溅起高度明显小于加悬栅前的高度,这种悬栅布置方式可为其他同类工程提供参考。

扭曲鼻坎对泄洪洞挑流消能的影响研究

针对某泄洪洞挑流水舌对下游河道产生不利影响等问题,开展了基于扭曲鼻坎调整射流方向的水力模拟试验研究。通过对几种扭曲鼻坎的优化研究,发现采用降低挑坎高程的大转角贴坡扭曲鼻坎布置,可以合理调整水舌方向,理顺下游河道形态,消除了右岸涌浪和边岸淘刷威胁,同时又解决了泄洪洞过渡期洞内水跃闷顶问题。研究成果对泄洪洞出流的消能防冲设计有一定的借鉴意义。

安谷水电站消能防冲布置方案优化

安谷水电站布置在山区转平原入口的冲积扇上,枢纽消能防冲的方案设计关系到建筑物的安全和下游河床河岸的稳定.本文通过整体水工模型实验,在原设计方案的基础上,对枢纽的消能防冲方案进行优化,对比分析了闸下消力池池内及出口处的水流流态、流速分布及闸下消能率.提出的优化方案简化了消能工的结构,节省了工程量,较好地解决了消能防冲问题.

溢流孔分流齿坎对水舌形状及水垫塘底板冲击压力的影响

为了研究分流齿坎对水舌形状和水垫塘底板冲击压力的影响,在七表孔八深孔的泄洪拱坝模型试验中,对采用大差动带分流齿的溢流表孔的水舌形状和水垫塘底板冲击压力进行对比性试验。测量了单孔泄洪时齿坎对水舌形状和落水区域的影响,并研究了表孔和深孔联合泄洪时不同分流齿坎设置方案对水舌空中碰撞效果及水垫塘底板承受的冲击压力的影响,推荐了合理的齿坎布置方式。试验结果表明,采用中间表孔设置齿坎和边侧表孔不设置齿坎的整体布置形式,可以提高碰撞消能效果,减小水垫塘底板承受的最大冲击压力。