水流掺气对明流泄洪洞及挑坎水力特性的影响

水流充分掺气可以避免高流速泄洪设施发生空蚀,但也会改变相关水力特性。通过对某大坝泄洪洞掺气设施水力模型试验及关于水流表面自掺气发生条件的相关分析,提出了在全程流速超过38 m/s,长度达550 m的明流洞内仅布置一级掺气设施的建议,较通常情况减少了两级;并针对泄洪洞出流方向与河道流向交角达60°的特点,研究提出了一种大差动异型鼻坎消能工。水工模型试验成果表明,其挑流水舌沿河道纵向扩散良好,水舌外缘与河道对岸保持了30 m以上的安全距离。该泄洪洞建成后经历了高水头、较长时间的泄洪运行,明流洞和鼻坎消能工均无空蚀发生,但挑坎水舌却冲刷到对岸边坡。     

调水工程输水渠道堰闸流量计算方法探讨

调水工程输水渠道堰闸流量计算方法的准确性是运行调度数字化、信息化的关键水力条件。传统的堰闸流量计算方法是先进行孔流、堰流判别,再根据相应的经验公式进行计算,其孔、堰流判断条件为闸门的相对开度e/H。经试验研究及理论分析论证认为:传统计算公式中以e/H=0.65作为宽顶堰孔流与堰流的判断条件,仅适用于自由出流状态。调水工程输水渠道堰闸工程正常运行条件一般为大淹没孔流,传统方法计算流量误差较大。通过系列模型试验数据的拟合,提出了特定条件下调水工程堰闸流量计算方法。     

交叉建筑物裹头体型及局部流态水力学研究

南水北调中线工程陶岔-沙河南段干渠穿河交叉建筑物共有11座,试验通过1∶50概化河道模型对交叉建筑物的裹头体形进行研究。首先以黄金河工程为对象,对原设计方案的裹头体形进行了试验,确定抛物线形为推荐体形。又对总干渠与其他河道交叉建筑物的裹头体形进行了分类,拟出了各类交叉建筑物裹头设计的一般原则及相关参数的取值范围。     

基于降雨分析的窄缝挑坎消能工水翅特性研究

通过建立窄缝挑坎消能工物理模型,模拟研究出射水流的激溅水翅问题。通过调整窄缝挑坎体型参数( 弗氏数Fr、收缩比 β、挑角 θ)以获得不同出射水流条件,进行对比试验分析水翅的成因及其引起的降雨量区域强度变化趋势,甄别影响水翅形成及其强弱变化的主要水力参数,总结其变化规律。研究表明,窄缝消能工水舌的外缘挑距和入水长度均会随着弗汝德数Fr的增加而增大,挑坎下游典型区域的雨量分布亦随之发生变化;随着窄缝收缩角的增大,急流冲击波波角逐渐变小,水翅向岸边扩散的角度变小,冲击波交汇点距离窄缝出口更近,降雨向岸边扩散的范围也逐渐变小;此外收缩比与水舌外缘挑距和入水长度变化成反比。本研究成果可进一步加深对窄缝挑坎消能工水力特性尤其是水翅形成机理的认知,为工程实践提供优化依据。     

窄缝挑坎水翅轨迹及降雨特性研究

窄缝挑坎因边墙收缩形成的水翅击打岸坡,可能会对岸坡稳定构成威胁,而相关研究鲜见报道。为了揭示该消能工水翅运动规律及其形成的降雨强度在下游临岸侧的分布特性,通过建立系列物理模型,开展了窄缝挑坎收缩比和挑角与水翅特性间关系研究。结果表明:随着收缩比减小,水翅被抛射得越高,次生水翅引起的降雨分布区域位置上移、范围增大;随着挑角减小,水翅顺水流向运动轨迹变化不大,但横向扩散加剧导致降雨横向分布范围增大。在此基础上提出了次生水翅横向扩散系数的概念,可用于预测不同挑坎体型下次生水翅引起下游降雨范围的形状特征。该成果可丰富窄缝挑坎研究内容,扩大研究范围,并为其体型设计提供更全面的理论依据。     

泄洪雾化研究进展综述

高坝工程泄洪形成的泄洪雾化现象对水利枢纽的正常运行、交通安全、周围环境甚至下游岸坡稳定均可能造成危害。通过全面细致的文献调研,对我国泄洪雾化相关的研究进展进行了归纳总结,梳理了对泄洪雾化危害的认识过程,总结了对泄洪雾化形成过程的逐步了解,对比了不同模型试验和数值分析的研究成果。在对当前研究现状的认识基础上,指出今后泄洪雾化相关研究工作的开展应该注重测量技术的改进,以获得更详尽的原型和模型观测资料。此外,对泄洪雾化雾源特性的研究是今后研究的一个重要方向。     

边墙设计中水流冲击波水力特性问题的探讨

 水工建筑物的进、出口设计要涉及到边墙的设计,随着坝高不断加高,水流流速越来越大,《水工建筑物》的经验公式已不能满足人们的要求。从水流冲击波的生成机理出发,研究了侧边墙的水流特性,从理论上分析了泄槽水流特性与侧边水流特性关系,从而研究出更适合水流流态的边墙偏转角度,并给出了不同边墙偏转角的水力计算公式。       

底流消能设计研究与应用现状述评

阐述目前国内外底流水跃消能设计研究水平以及工程中运用的成功经验，设计实例和应用现状，也介绍了部分工程运行中发生的事故及防止措施，可作为今后底流消能设计的借鉴。     

南水北调中线工程穿黄隧洞水力学试验研究

采用水工模型试验研究了南水北调中线穿黄隧洞两种布置方案的水力学问题，结果表明：虽然两个方案的过汉能力均满足设计要求，但由于方案Ｉ的控制闸设在隧洞进口，通过小流时量，因隧洞进口水位较低，进口处易发生跌流或洞内水跃；当通过大流量时，进口前有动的立轴游涡出现，气泡和漂浮物易被带进洞内，对隧洞的安全运行将产生不利影响。方案Ⅱ将控制船凤在隧洞出口，通过闸门调度，可以避免进口处产生不利流态；在闸墩上设置侧堰，