泄洪洞反弧段末端水力特性指标分布规律

龙抬头式泄洪洞在水利水电工程中应用十分普遍,但是由于反弧段流态复杂,其产生空蚀破坏的原因尚不明晰。对不同泄洪洞体型掺气前后的工况进行三维数值计算,对其水力特性指标的分布规律进行研究。结果表明:随着落差Δz增大,反弧段流速逐步增大,水流空化数逐步减小;反弧半径R的改变对反弧段水力参数的影响有限。掺气水流的反弧段水力学指标主要取决于Δz,而受反弧半径R的影响相对较小。当Δz减小时,反弧段末端的水力参数在掺气前后变化不大,反弧段末端下游30m(等于15倍的挑坎高度)处的掺气水流的流速明显降低,空化数明显增高,掺气水流的保护作用对空腔下游部分的水力参数影响更加明显。在反弧末端有二次流出现,两侧边墙附近存在对称涡,不仅对边墙附近的流速压力分布产生一定影响,也加剧了反弧段内的水力特性的复杂程度。     

海拔高程对泄洪雾化影响的敏感分析

针对海拔高程对于泄洪雾化降雨分布的影响,提出了一种改进的随机溅水数学模型。运用小湾水电站泄洪洞雾化实测降雨资料进行模型验证,两者结果吻合良好。敏感分析表明,随着海拔高程的增加,泄洪洞下游雾化降雨范围有增大的趋势,当海拔高程从50 m增加到3000 m时,泄洪雾化雨区在两岸的爬升高度增加50 m,纵向范围增大100 m;同时,降雨强度等值线分布发生坦化,在降雨强度大于400 mm/h的等值线区域,分布范围缩小,而在400 mm/h以下区域,雨区分布范围明显增大。上述研究为今后全面考虑海拔高程与气象条件对于泄洪雾化过程的影响建立了基础。     

丰满水电站重建工程挑流消能方案泄洪雾化研究

针对丰满水电站重建工程中的挑流消能方案,采用随机溅水数学模型,进行了泄洪雾化降雨数值模拟,将水舌入水喷溅源进行空间离散,描述水舌入水形态对下游雾化降雨的影响,同时考虑飞行水滴与空气间的相对速度,分析了各种泄洪运行方式与自然风场对雾化降雨分布的影响。研究表明:丰满水电站重建工程采用的分区挑流泄洪方案可将雾化区域控制在河道水面范围内,雾化降雨对左岸三期电站、右侧坝后电站、以及右岸生产、生活区的影响有限。在10 m/s以上横向风场作用下,左岸三期电站尾水平台出现5 mm/h左右的降雨,对此可通过增设地面排水设施加以解决。对于泄洪运行调度,建议优先开启中区4~#—6~#溢流表孔,然后是右区7~#—9~#溢流表孔,最后是左区1~#—3~#表孔,这可进一步减轻雾化对两岸建筑物及边坡稳定产生的不利影响。     

基于生态学与水力学的水电站鱼道进口位置优化研究

为了合理布置鱼道进口,基于生态学与水力学理论和数值模拟方法,计算了某大型水电站下 游河道流场分布情况,结合过鱼对象的游泳能力和生活习性,划分了适宜布置鱼道进口的河道区域。 结果表明: 尾水渠内流态较为复杂,存在不同程度的环流或横向回流。随着机组增加,下游河道断 面流速增大,最大值可达 1. 4 m /s,但左岸位置始终存在低流速带,有利于布置鱼道进口。不同机 组组合发电运行工况下,下游河道流速分布与量值存在较大差异,需要布置 4 个鱼道进口以适应 不同运行工况。通过加设不透水丁坝的河道整治方案,左岸岸边流场得到改善,鱼类适宜聚集区 域得到集中,从而将鱼道进口布置数量优化为 3 个。研究思路和优化方法可为鱼道工程进口布置 提供参考。     

高拱坝表中孔窄缝式挑坎泄洪雾化特性分析

对古学水电站拱坝表中孔窄缝布置方案的泄洪雾化特性进行分析,根据物理模型试验成果,率定出不同频率洪水条件下,坝身表中孔的泄洪雾化水力因子,然后考虑水舌入水形态、复杂河谷地形及气象条件等因素,得到了泄洪风场与雾化降雨强度的等值线分布。研究表明,坝身表中孔采用窄缝出口体形,泄洪水舌纵向拉开,水舌两侧溅水受到前部遮蔽,且当表中孔联合泄洪时,内外侧不同水舌间也发生相互遮蔽。由于水舌两侧雾化源受到削弱,使得窄缝体形在保证消能安全的同时,能有效减小两岸雾雨爬升范围。在坝身各种泄洪条件下,雾化降雨分布范围在坝下80～700 m之间,两岸雾化雨区爬升高度仅为120～140 m,右岸下游电厂尾水出口处降雨强度0～20 mm/h,已属自然降雨范畴。     

溅水问题的试验研究与随机模拟

通过水力学试验,对于水舌撞击尾水形成的溅水分布进行研究,并运用随机溅水数值模型进行计算验证.研究结果表明,下游溅水区在水舌风的拖曳作用下,在平面上呈三角形分布,而降雨强度的纵向分布则符合伽玛函数形式.运用随机溅水模型得到的降雨强度分布与试验数据甚为吻合,证明该数值方法可以较好地模拟溅水雾化现象,具有较好的应用前景.     

岸边泄洪洞最大泄量的估算方法

大型水电站泄洪洞单洞泄洪规模是关乎枢纽布置、泄洪安全、以及工程投资的重要技术指标,以往未见量化研究报导。本文从计算泄洪洞挑流水舌挑距与下游河道冲刷深度出发,建立了泄洪洞泄量与下游河道宽度、泄洪洞布置轴线与下游河道夹角、基岩抗冲能力以及泄洪洞运行方式等指标之间的量化关系,对白鹤滩、小湾、溪洛渡、锦屏一级泄洪洞分别进行了定量估算研究,所得结果与工程实际以及相应的设计方案基本一致,表明该估算方法具有较高的可靠性,可用以估算待建工程泄洪洞最大泄量或对已建工程泄洪洞泄洪规模的合理性进行评价。     

齐口裂腹鱼幼鱼在竖缝式鱼道模型中的上溯行为研究

为了解齐口裂腹鱼在鱼道中的上溯情况,在大比尺竖缝式鱼道物理模型中开展了以齐口裂腹鱼幼鱼为过鱼对象的过鱼试验研究。试验中对通过时间、通过率和上溯轨迹进行了记录,并运用Spearman秩相关分析对齐口裂腹鱼的上溯轨迹和池室结构的水力因子(流速、紊动能、总水力应变)进行了分析。研究发现,试验用鱼通过时间平均值为132.7s,多数鱼倾向于快速通过鱼道完成上溯。试验鱼道通过率为71.9%,过鱼效果良好。多数齐口裂腹鱼上溯过程中会避开高流速区、高紊动能区和高水力应变区,在池室内齐口裂腹鱼上溯轨迹主要分布于上述参数较低的右侧回流区和隔板背水面,竖缝断面处多数齐口裂腹鱼选择上述参数相对较低的隔板侧区域通过。研究结果可为相关竖缝式鱼道设计和实践提供参考。     

基于人工光源加热的水库水温结构模拟技术探索

按照光谱一致原则,选择镝灯作为能量来源模拟太阳辐射,对水库水温结构的模拟技术进行探索性研究。通过镝灯来模拟太阳辐射对水面进行照射可以形成一定的垂向水温结构,观察镝灯对水面下水体的加热效果,发现数倍于自然太阳辐射强度的光源在数小时内,水体明显温升的范围约为水面下约20 cm,对更深处水体的加热效果十分有限。因此,水面热交换下水库水温分层结构的试验模型,可考虑利用镝灯对表层水体可快速加热的特性,根据水平变态比尺进行设计。根据综合参量的概念引入太阳净辐射通量系数Φ和水面综合散热系数K,并对其相似性进行了初步推导。在基础水温相等的情况下,原型与模型的太阳辐射通量吸收能力和水面综合散热能力均呈λ_Φ=λ_K=λ_l~(1/2)比例关系。     

泄洪雨雾输运模型及其计算验证

针对泄洪雨雾输运过程,建立了三维数学模型。该模型以空间浓度梯度为求解变量,并采用隐式迭代方法,保证了浓度计算的精度与稳定性;通过雨雾浓度与降雨强度之间的转换关系,使其能与雾化神经网络模型进行边界耦合,对外围雨雾的输运扩散进行预报。运用该模型对二滩水电站工程泄洪洞下游雾化分布进行计算,所得结果与实测结果较吻合。