刘家沟水电站溢洪道进口导墙体型优化试验

为改善巴山水电站溢洪道进水渠流态、提高泄流能力,通过一系列试验优化了溢洪道引水渠左导墙头部曲线型式.结合工程实际和以往经验,比较了9种进水口曲线型式的试验结果,确定了长短轴黄金分割比的椭圆弧面的方案.进一步的试验证明了该方案无论在流态上还是在泄流能力方面都达到了令人满意的效果.

为改善刘家沟水电站溢洪道消能形式、减小下泄高速水流对河床和岸坡的冲刷破坏,通过对溢洪道不同消能方案的对比试验研究,提出了岸坡分散水流冲刷河床的消能设计方法,进一步试验验证该方案在泄流流态和消能效果方面都达到了令人满意的效果。

针对瓦村水电站溢洪道出口水流挑距过大、水舌空间扩散效果不佳、入水区域集中、泄洪消能效果差及泄槽内水翅现象严重等问题,采用比尺为1∶60的正态物理模型对溢洪道体型进行优化试验研究。结果表明,在闸墩尾部加设尾墩,使泄槽段水流流态有了极大的改善,水流平顺,基本上消除了水翅现象;采用连续燕尾挑坎使溢洪道出口水舌合理归槽,空中扩散效果良好,解决了入水集中的问题,消能效果较好,所提挑坎布置形式可供相关工程参考。

针对刘家沟水电站溢洪道消能效果不理想以及下游岸坡冲刷严重问题进行水工模型试验,在原方案基础上开展了一系列改善溢洪道消能防冲效果的优化试验.经过多方案比选验证,在满足溢洪道泄流能力的条件下,采用岸坡分散水流结合公路平台挑流的方案消能效果更为理想,下游河床河势稳定,且造价合理,较好地解决了工程所在下游河床较为狭窄且右岸岸坡存在大型崩滑体的技术难题.

通过新疆维吾尔自治区库马拉克河小石峡水电站溢洪道水力学模型试验,对其原设计方案的消能工结构形式进行了优化。试验表明,消力池段在通过设计流量30年一遇洪水1856.20m3/s时,池内不能形成完整水跃,水跃前后波动剧烈,水流大量溢出,原设计方案的边墙高度、池长均不能满足过流要求。提出采用减小消力池池深、设置分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池代替原设计方案的常规消力池的修改方案,在设计流量下进行泄水试验,试验结果表明,在分流趾墩、消力墩、低消能坎的联合作用下,消力池内形成强迫水跃,流态明显改善,水跃长度减小,跃后水深降低,消能率提高。采用分流趾墩-消力墩-低消能坎的综合式消力池可有效缩短消力池池长,降低边墙高度,节省工程造价,试验结果可为优化工程设计及其他同类工程优化消力池提供参考。

为了改善两孔闸门泄流方案引水渠水面流态,减小进水口水流流态对溢洪道泄流能力的影响,针对溢洪道引水渠进口右侧导墙形式进行了一系列的物理模型优化试验,对比各方案效果确定采用两段圆弧+直线调整段方案六的导墙体型的形式能够使水流流态平顺并能满足泄流要求,进而达到了优化进口导墙形式的目的,可为类似工程的溢洪道右侧挡墙形式的确定提供一定的参考。

潘口水电站溢洪道具有流量大、水头高,挑流水舌与河道夹角相对较大的特点。溢洪道设计充分利用了有利的地形地质条件,采用直线等宽矩形泄槽,保证了水流流态的相对均匀稳定。结合水工模型试验成果,对潘口电站岸边溢洪道各部位体型进行了优化,使溢洪道在泄流能力、各部位水流流态以及挑流消能效果方面都有了很大的改善,能够更好地满足溢洪道运行安全的要求。

介绍龙马水电站溢洪道工程工程量及工期优化方案的研讨、制定和实施全过程以及优化后的成果。

在1:60溢流坝表、中泄水孔断面模型上对密松水电站泄水建筑物的布置方案进行了泄流能力、流速流态、压力分布等相关水力学问题的试验,并通过十多个方案的比较优化,提出了基本可行的泄水建筑物体型和消力池型式。研究成果表明:表孔采用合适的宽尾墩形式,对增加消能率、缩短消力池池长有利,但无法消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象;表孔取消宽尾墩,采用跌坎式消力池方案,可有效降低底流消能时的池底板流速,同时消除宽尾墩形成的水翅击打两侧导墙现象,达到较满意的消能效果。本文中十数个消能方案的研究成果,对类似工程的设计和科研均有参考价值。

立洲水电站具有河谷狭窄、落差较大、单宽流量也较大等特点,泄洪消能是该水电站的设计和建设中非常突出的关键性技术问题。立洲水电站采用拱坝的1个中孔、2个表孔和水垫塘消能。如果表孔体型优化不当,会造成泄流能力下降,落水冲击岸边,水垫塘底板冲击动压大,泄洪雾化严重。经诸多方案的试验比选,最终推荐方案使坝身表孔水流沿程横向收缩、纵向扩散,在空中呈窄而高且长的流态,从而与中孔的水股互相穿插而不发生碰撞或少碰撞,减弱了因水流空中碰撞所造成的泄洪雾化,落水不再冲击岸边,同时使水垫塘底板冲击动压处在较低的范围内。

为了解决某水利枢纽消力池内临底流速及脉动压力偏大的问题，采用水工模型试验的方法对其表、中孔体型进行了优化。从流态、临底流速、脉动压力等几个方面比较后，发现采用表孔出口收缩和缩短中孔出口边墙消力池底板的脉动压力及临底流速相比原方案均得到明显改善，表孔最大临底流速约为13．64m／s，消力池最大脉动压力值约为6．66×9．81kpa。成果可供设计参考。

龙滩水电站溢洪道的大单宽流量及高水头特性决定了掺气设施设置的复杂性,过高的掺气坎可能使得挑射水流高程较高,增加导墙的高度,进而增加工程造价;而过低的掺气设施可能使得掺气不充分,进而产生负压,影响掺气设施的安全性。文章通过多个试验方案选定能前、后期结合的龙滩水电站溢洪道(低坎)前期人工掺气系统的形式和几何尺寸,并论证了该系统的减(免)蚀效果。可为类似工程设计提供参考。

以某水电站溢洪道导墙坝段为研究对象,应用大型通用有限元计算软件对溢洪道导墙坝段进行了应力计算,得到溢洪道导墙坝段整体、主要部位的第一主应力、第三主应力,计算结果基本符合实际情况,这为在施工期的导墙安全结构设计提供了可靠的参考数据。

针对巴山水电站溢洪道具有泄量大、水头高、下游消能区地质条件差等特点,通过1∶70整体模型试验对溢洪道的挑流消能防冲布置及消能形式进行了4个方案的试验研究。结果表明:优化方案四的挑流鼻坎形式较合理地解决了下游消能困难的缺点,基本能够满足工程实际的需要。

金佛山水电站溢洪道水头高、泄量大、下游消能区地质条件差,为改善其消能段的水流流态,提高效能效率,通过整体模型试验,在原方案的基础上对溢洪道进行优化试验研究。结果表明,优化方案较原方案在水面波动、动水压强及其出池流速和消能效率等方面有明显改善,可满足消能要求,可为类似工程提供参考。

结合优化的大坝设计体形,通过比较,选择了结构简单、施工难度不大、冲坑较浅的溢洪道布置方案。该方案既简化了建筑物的设计,又加快了施工进度,缩短了建设工期,达到了投资较省、提前受益的目的。

清滩子水电站位于重庆市开县境内,溢洪道头落差高达122.6m,下泄水流速较大,由于溢洪道末端直接入小东河天然道内,过高的下泄流速不仅威胁溢洪本身运行安全还影响游下河道河床、河势稳定。因此文拟借助物理模型试验,通过优化清滩子水电站原消能结构方案,来有效消减下泄水流能量,减小下泄水流流速。

龙开口水电站有泄流量大、主河床狭窄等特点,对于这类工程泄洪消能尤为重要。为了解决水工模型第一试验阶段挑流消能不充分、闸墩出口流态紊乱的问题,进行了溢流坝段的水工单体模型试验,对连续坎、差动坎、窄缝坎以及差动坎和舌形坎、窄缝坎和舌形坎、窄缝坎和连续坎的结合运用等多个挑坎体型进行了冲刷试验,从而选择适用于龙开口水电站这类泄流量大、主河床狭窄电站的溢流堰挑流鼻坎形式。

klt水电站为一座高水头、大泄量及地质条件复杂的工程,其溢洪道泄洪消能建筑物直接影响到工程的安全性和经济性,为论证其整体布置方案的合理性,开展模型试验研究,通过优化设计体型布置,改善水力特性及消能区冲刷情况,为工程设计方案优化提供科学依据。成果可供类似的工程借鉴参考。

大石门水电站位于内蒙古自治区西拉沐伦河克什克腾旗境内,是一座兼顾工业取水、水力发电与防洪任务的综合型水利水电工程。电站最大坝高63.78m,总库容为1.85×108m3,总装机容量6000kw。左岸竖井式溢洪道是枢纽唯一的泄水建筑物,最大下泄流量148m3/s。该溢洪道由导流洞改建而成,由喇叭型进水口、竖井、通气管道、消力井、明流隧洞段、以及出口消能防冲设施等组成。本文通过1:20.83的整体水工模型试验,对大石门水电站竖井溢洪道的水力特性进行了全面的试验研究。

根据工程建设需要,为全面验证工程总体布置和建筑物结构布置的合理性,对某泄水陡坡进行水工模型试验,分析原设计体型存在的主要问题。通过增设掺气槽、悬栅、修改模型尺寸,对泄水陡坡进行优化。结果表明,泄水陡坡过流能力满足要求,工程总体布置和建筑物结构布置合理,满足冬季排冰需求。

根据工程建设的需要对某泄水陡坡进行水工模型试验,验证其总体布置和建筑物结构布置的合理性,分析原设计体型存在的主要问题,对泄水陡坡体型进行优化,且在消力池内设置了消能悬栅,并进行体型优化试验。试验表明,优化后的泄水陡坡过流能力满足要求,消力池内悬栅的设置,改善了消力池内的水流流态,工程总体布置和建筑物结构布置合理。