超长溢流宽度大流量溢洪道泄洪水力特性研究

受地形、地质等因素的影响,超大库容、大泄量水利工程泄量分配与消能防冲问题十分复杂。尼雷尔工程采用堰上低水头、超长溢流宽度、大泄量溢洪道布置形式。为准确了解尼雷尔工程溢洪道实际泄洪能力和下游消能防冲与汇流等水力特性,通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对不同方案下溢洪道的流量系数、消能率、坝后水流归槽情况、河道流速等进行了研究。研究结果表明:原设计低水头高堰溢洪道实际过流能力满足设计要求,采用数值模拟方法可以避免模型试验中缩尺效应的影响;坝面采用台阶高度1.5 m的消能方式消能效果最佳,护坦内部的侧向汇流也比较平稳顺畅,两侧来流在护坦内对撞消能后进入下游主河槽,坝后主河槽平均水深增大近30%,平均流速降低约20%。研究结果可为高坝大库容工程的泄洪消能设计提供参考。

建筑屋面方形溢流口溢流量计算公式分析及探究

建筑屋面溢流口的设计计算关系到屋面结构安全,对现有国家规范中墙体方形溢流口溢流量计算公式进行了分析对比,通过对水力学不同堰流形式、宽顶堰基本计算公式、流量系数及侧收缩系数等方面的分析推导,得出按现有规范公式计算出的溢流口几何尺寸偏小。结合屋面不同雨水斗对斗前水深的要求及建筑屋面的不同排水形式,提出了墙体方形溢流口属于宽顶堰,明确了溢流口的溢流水位高度和上游坎高度的取值范围,进而采用数学工具推出了屋面方形溢流口溢流量新的计算公式,并从水力学和数学角度对新公式进行了合理性分析,可供设计同行参考。

低水头拦河坝(堰)生态性设计研究

在中小河流治理工程中,低水头拦河坝(堰)普遍存在强拦、社会功能为主、生态性不足的问题,引发河流演变新的矛盾。结合透水坝、柔性沙棘坝运行生态效果,提出生态设计弱作用理念,建立了河流与坝(堰)工程社会功能和生态功能协调的非线性多目标函数。依此理念和方法,研究改变传统坝(堰)结构,由实体型设计为开放型,有半拦河式、开孔式、梳齿式、网桩坝等多种布置型式。尤其是黄土高原小型淤地坝的新结构型式,能较好地维持沟壑环境,破解阶梯场地筑坝约束。弱作用及相关结构对其他水工建筑物的生态设计有借鉴价值。

矩形渠道矩形侧堰水力特性试验研究

矩形侧堰作为一种量水设施,具有结构简单、造价低廉、安装拆卸方便和精度较高等优点,适用于量大面广的小型渠道及田间进水口的量水。对矩形渠道上6种不同高度的矩形侧堰在6种不同流量下进行试验,获得了矩形渠道矩形侧堰上下游附近水面线,研究了壅水高度、水头损失等水力特性,推导了形式简单、精度较高的流量公式。结果表明,主渠道侧堰附近水面靠近侧堰一侧波动程度较大,主渠道中心线次之,远离侧堰一侧的较稳定;壅水高度和水头损失随堰高度的增加而增加;推导的流量公式最大相对误差绝对值为4.98%,平均相对误差绝对值为4.27%,满足相关标准及灌区量水精度要求。

宽尾墩位置、始扩点佛汝德数与堰上水头关系

研究了宽尾墩位置、始扩点水流佛汝德数与堰上水头之间的关系,导出了与水头损失、闸门宽度有关的计算公式。搜集了国内多个电站的宽尾墩体型参数及相关水力参数进行计算,结果表明,始扩点水流佛汝德数分布在1.7-2.3之间,平均值为2.042。结合实际工程,讨论了移动宽尾墩位置对水力特性的影响,计算结果与数值模拟结果的比较表明,两者符合较好。

梯级橡胶坝塌坝泄流计算仿真系统

针对梯级橡胶坝塌坝泄流计算过程比较复杂、烦琐的问题,利用VFP语言编制了梯级橡胶坝塌坝泄流计算仿真系统。计算结果表明:在输入橡胶坝的坝高、净宽、侧收缩系数、塌坝时间等参数的基础上,该仿真系统能精确、快速地推算梯级橡胶坝不同塌坝方案的塌坝泄流过程和最大泄流量,从而能够尽早预测塌坝产生的"人造洪峰",对于橡胶坝工程的设计和梯级橡胶坝汛期控制运用方案的编制具有一定的参考意义。

保水堰局部水头损失系数的数值模拟

保水堰是分段低压输水管道中一种新型的衔接水工建筑物。文中采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合,对保水堰的流场进行了数值模拟,计算出了保水堰的局部水头损失系数。为南水北调工程天津干线的设计提供了依据。

迷宫堰泄流系数影响因素的试验研究

迷宫堰相较于直线堰,最大的优越性体现在它的泄流能力上。通过模型试验,在分析迷宫堰的泄流形态的基础上,着重分析了堰墙与来流夹角α、水头比H0/P、平面布置形式、水舌通气等几个因素对迷宫堰泄流系数的影响。

南水北调工程保水堰水力特性研究

南水北调天津干线采用分段低压输水方式后,保水堰作为有压管道中的衔接性水工建筑物,结构独特,流态复杂,在输水系统中起着关键作用。通过保水堰的水工模型试验和数值模拟,得到了保水堰的水力特性,即保水堰的局部水头损失系数、流量系数和水流流态随着水位而变化的规律,其成果对长距离调水水力计算和工程设计有重要的意义。

淹没效应对不同类型琴键堰泄流特性的影响

为了探究琴键堰在淹没出流条件下的泄流情况及对淹没效应的敏感性,该研究在矩形水槽中对四种琴键堰基本体型(A型:上下游均倒悬;B型:上游倒悬;C型:下游倒悬;D型:上下游均无倒悬)进行了物理模型试验,分析琴键堰在淹没出流条件下的流态随下游水位的变化过程,得到其上下游堰上总水头之间的关系及淹没系数,并进一步分析四种琴键堰对淹没的敏感性以及比较四种琴键堰在淹没出流条件下的泄流量和泄流效率。试验结果表明,随着下游水位的壅高,四种琴键堰堰后依次出现了淹没后的冲击射流、破碎(表面跳跃)、表面波和表面射流流态;在来流量相同的情况下,C型和D型琴键堰在淹没系数S≥0.6时,逐渐发生淹没,且其流量折减系数随淹没系数的增大而减小,而B型和A型琴键堰分别在S≥0.15和S≥0.2时提前进入淹没状态。四种不同体型琴键堰的临界淹没度(S_(m))分别为:A型0.5、B型0.3、C型0.7、D型0.65。对比看来,仅具有上游倒悬结构的B型琴键堰对淹没最为敏感,其次是具有对称倒悬结构的A型,而向下游的倒悬结构可以延缓上游的淹没;四种不同类型琴键堰的淹没泄流效率受“对淹没的敏感性”和自由出流泄流效率两个方面的综合影响。研究成果可为完善琴键堰堰流理论、推动其在明渠及河道中的应用提供技术支撑。

陡坡河道测流建筑物水力特性的试验研究

针对山区陡坡河道洪峰流量大、历时短和泥沙含量高的特点,提出一种组合测流堰槽,并通过试验分析了该测流槽的水流特性、影响流量系数的因素和实用条件等,证实该测流槽能用于陡坡河道上测流,并给出了水位 流量关系的计算公式。

矩形薄壁堰贴壁流水力学特性的试验研究

矩形薄壁堰在堰上起始水流稳定且小流量的情况下,易形成贴壁堰流现象.应用水力学的方法,对矩形薄壁堰贴壁流水力学特性进行了深入的试验研究.通过研究发现:贴壁流的水面曲线与自由流的水面曲线差别很大;贴壁流水头与流量之间存在着稳定的关系,并拟合出了贴壁流的流量公式;贴壁流的过流能力比自由流大;贴壁流的临界水头为H贴临=4.99～5.05 cm.与自由流相同,矩形薄壁堰贴壁流的水力学特性稳定而且规律.

红谷隧道围堰塑性混凝土防渗墙抗渗性能分析

为探讨运行环境下塑性混凝土防渗墙工作性能,获取合理的设计参数取值,以红谷隧道围堰工程为背景,结合典型断面建立渗流数值模型,分析塑性混凝土防渗墙渗透系数k和厚度d以及围堰水头hr变化下共11种工况的围堰渗流性状。结果表明:随着渗透系数k的减小,围堰内单宽渗流量Q随之减小,且变化速率逐渐降低,而防渗墙内水力坡降峰值Js基本保持不变;随着防渗墙厚度d的增大,围堰内Q值和Js值均随之减小,且变化速率逐渐降低;随着围堰水头hr的下降,围堰内Q值和Js值均随之线性降低。分析得到兼具良好防渗能力和经济效益的渗透系数k和厚度d的设计取值,并提出满足设计要求的塑性混凝土施工配合比。最后,通过高密度电法和围堰内外水位动态监测对塑性混凝土防渗墙的防渗效果进行检测和评价,验证设计和施工参数的合理性。

充水式橡胶坝坝高与坝袋充水量、堰顶水头的关系

坝高作为橡胶坝的一项重要参数,对橡胶坝塌坝泄水和立坝蓄水具有显著影响。通过物理模型试验的方法设计6种坝高的充水式橡胶坝,对影响坝高的主要因素坝袋充水量和堰顶水头进行试验研究并分析其间的关系,拟合出经验公式。结果表明,橡胶坝坝高随坝袋充水量的增加而变高;当实际坝高未达到设计坝高时,在同一坝袋充水量下,坝高随堰顶水头的增大而变高;当实际坝高等于设计坝高时,堰顶水头对坝高的影响变小,坝高几乎不再随堰顶水头变化。

环形薄壁堰堰首竖井水力特性研究——以安徽绩溪抽水蓄能电站竖井溢洪道工程为例

一般水利工程的溢洪道,大多采用岸边式,但当两岸山体布置岸边溢洪道存在山脊单薄、岩体风化深、开挖量大等不利地形条件时,可采用开敞式竖井溢洪道的形式.而竖井进口水流流态的好坏直接影响竖井的结构稳定和消能效果.以安徽绩溪抽水蓄能电站为例,通过模型试验,对竖井4种不同堰首结构的水力特性进行了对比研究.结果表明,采用一种新型环形薄壁堰首结构,在堰顶设置4～6个隔墩,将堰项分成对称的溢流表孔环形进流,能有效改善水流流态、降低水流对竖井壁的冲击,提高竖井的安全稳定性.

基于机器视觉的量水堰堰上水头自动量测技术

针对现有量水堰堰上水头测量技术存在的弊端,结合图像处理技术,提出了基于机器视觉的量水堰堰上水头自动量测技术,该技术通过分析由摄像头采集到的水位标尺图像来自动量测量水堰堰上水头高度。室内模拟试验验证结果表明,该自动量测技术的精度符合规范要求,可用于实际工程中。

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统研究

水头可调薄壁堰式渠道流量智能测控系统基于矩形薄壁堰测流原理,通过调节堰上水头进行渠道流量量测与调控。该测控系统应用自动控制技术通过单片机形成闭环反馈,用步进电机传动装置带动薄壁堰移动闸板的升降,使其能按设定的配水流量给下一级渠道配水,并根据上游水位的变化调节堰上水头使其保持恒定,同时通过智能控制在完成设定输配水量后可自动升起闸板停止供水。该测控系统通过渠道流量量测与控制试验,验证了其精确的测流功能和智能控制技术的可行性,满足精准灌溉的技术要求,在灌区量水和信息化建设中具有广阔的应用和推广前景。

基于Excel VBA实现山塘堰上水头计算的自动化

分析山塘综合整治工程中堰上水头计算现状,针对存在的问题,提出将Excel的二次开发工具VBA语言应用于堰上水头计算。编写计算程序、将可视化窗口作为用户操作界面,实现山塘综合整治工程堰上水头计算的自动化。将本程序应用于山塘实例,结果表明该程序可实现堰上水头计算的自动、准确、高效进行。

梯形槽中三角剖面堰测流特性研究

研究梯形槽中三角剖面堰的测流特性，首先导出了梯形槽三角剖面堰的流量公式；而后通过不同边坡不同情况下的系列试验，给出了这种堰型自由流流量系数及淹没流折减系数的变化规律、推荐使用值及相应的不确定度，并从理论上予以阐释及论证；最后提出了由实测水头直接计算流量的流速系数法，可免除反复试算的麻烦。

墩头超长实用堰泄洪安全分析及模型试验验证——以缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站工程为例

以缅甸DAPEIN(Ⅰ)水电站工程为例,论述了将WES实用堰的闸墩墩头向上游超长延伸之后,对泄洪安全所造成的影响。针对WES实用堰流量系数、堰面动水压力容易受边界因子影响的特点,对设计断面的堰顶布置和墩头形状进行了优化。根据堰面空化数计算公式及水流特性推导出计算的关键部位,对空化数进行计算。采用几何比尺为1∶60的物理模型对溢流堰的泄流能力和堰面动水压力进行了试验测试。试验结果表明:溢流堰的模型试验泄流能力和设计泄流能力非常相近。堰面动水压力除工况2的B4测点出现了-1.2 k Pa的微小负压值外,其余堰面时均压强值均大于0。从而,在泄流能力和堰面动水压力两方面都验证了这种设计方案的合理性。该工程所遇到的结构布置问题在中低溢流坝工程中属常见问题,解决思路可为今后类似工程建设借鉴参考。