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长江科学院院报
 
2013年 30卷 8期
刊出日期:2013-08-13

枢纽与电站水力学
施工导截流
高速水流与泄洪雾化
调水工程水力学
环境与生态水力学
   
枢纽与电站水力学
1 韩继斌,任坤杰,杨青远
泵站电站进水口分层布置下泵站开启对电站运行影响研究
泵站、电站进水口分层布置,可充分利用河谷宽度,减少工程开挖量。但在此布置下,泵站开启过程对电站进水口可能形成不利的水流流态,影响电站的正常运行。针对以上问题,结合动网格技术,采用k-ε紊流模型对某枢纽泵、电站分层布置进水口水力特性进行了三维数值模拟,通过分析电站进水口附近水体的压力变化,解析泵站开启对电站正常运行的影响。结果表明泵站开启过程对电站正常运行有一定的影响。
2013 Vol. 30 (8): 1-4 [摘要] ( 224 ) [HTML 1KB] [PDF 2675KB] ( 1179 )
5 段文刚,王才欢,杜兰,薛阿强
大型分层取水电站进口水力学研究进展
电站分层取水是近年学术研究和工程实施热点,目前大型分层取水电站多采用叠梁门方式。基于此,介绍了国内外分层取水电站进水口研究现状,并对今后研究方向提出建议:①鉴于叠梁门分层取水方式显著增加进口段水头损失(1~2m),应探索减小水头损失的叠梁门布置与体型;②考虑到水库温度分层对水流黏滞性影响较大,应开发完善包含水流黏滞性变量的数值模型,从而使进口流场流速模拟和下泄水温预测精度更高;③随着大型分层取水电站不断兴建并投入运用,建议逐步开展相应的原型观测研究,以便后续工程参考借鉴。
2013 Vol. 30 (8): 5-9 [摘要] ( 239 ) [HTML 1KB] [PDF 1074KB] ( 1553 )
10 薛阿强,杜兰
联系梁对电站分层取水进水口流态影响的试验研究
在大型电站分层取水进水口1∶30大比尺模型上,对每层叠梁门进行了最小淹没水深的试验,发现位于水流表层的联系梁对进口流态具有明显的消涡作用,每层叠梁门运行水位只要位于相应的联系梁底面以上,进口流态均可满足要求。水流表面离联系梁越近,联系梁的消涡作用越大;反之,水流表面离联系梁距离越大,则淹没度对进口流态起主要作用了。进水口体形是决定进口流态的基础,联系梁布置恰当,对消涡可起到关键作用。对电站进水口联系梁的布置具有指导意义,对其它建筑物的消涡措施具有借鉴作用。
2013 Vol. 30 (8): 10-13 [摘要] ( 229 ) [HTML 1KB] [PDF 1002KB] ( 1206 )
14 王智娟,岳汉生,姜伯乐
跌坎式底流消力池水力特性三维数值模拟与试验研究
采用三维数值模拟结合物理模型试验的方法,对某水电站表孔、中孔及其末端的跌坎式底流消力池的水流三维流场进行了计算分析和试验研究。分别比较了跌坎高度、消力池深度、跌坎水平长度以及出口侧收缩等对跌坎式底流消力池水流结构及相关水力特征量的影响,优选了水力特征量相对较好的跌坎式消力池结构布置型式,可为工程设计提供参考。
2013 Vol. 30 (8): 14-17 [摘要] ( 220 ) [HTML 1KB] [PDF 1771KB] ( 1953 )
18 江耀祖,吴英卓,陈辉,於三大,耿峻
三峡船闸六闸首输水阀门运行方式优化
针对三峡船闸五闸室泄水运行中存在的问题,通过数模计算分析和原型调试研究,在维持现有运行方式大体不变的条件下,采用实时监测到的箱涵出口与下游引航道水位差,确定与之相适应的动水关阀小开度控制阀门运行的方法,较好地解决了六闸首阀门枯水期不能正常关至小开度从而造成闸室超泄偏大和汛期枢纽下泄流量较大时人字门不能按程序正常开启的问题,给出了适应于不同下泄流量下的六闸首阀门动水关闭参数,可保证在通航流量范围内,五闸室泄水时均无须动用辅阀,提高了通航效率。
2013 Vol. 30 (8): 18-20 [摘要] ( 222 ) [HTML 1KB] [PDF 1001KB] ( 1181 )
21 吴英卓,姜伯乐,何勇
大淹没度低堰泄流能力研究
结合某工程实例,对大淹没度低堰选型以及大淹没度对低偃泄流能力的影响进行了研究。研究成果表明:在大淹没度下运行的低堰,堰的厚度与堰上水头之比δ/H≤0.67,且下游堰坡为陡坡的折线型实用堰比相同堰高的WES堰泄流能力大;在大淹没水深下运行的低堰,降低堰顶高程,减小堰高可增大泄流能力,但随着淹没水深的增加,低堰堰高以及堰面形式的变化对泄流能力的影响减小。
2013 Vol. 30 (8): 21-24 [摘要] ( 179 ) [HTML 1KB] [PDF 1042KB] ( 1743 )
施工导截流
25 黄国兵,李学海,程子兵,胡国毅
截流块体稳定影响因素及实用计算公式
截流块体稳定计算是截流设计的重要基础。基于通过受力分析得出的基本表达式,结合试验和实践成果,剖析了影响截流块体稳定的主要因素,分析了截流块体稳定经典计算公式的适用条件。结果表明:在截流龙口水流垂线流速分布呈非矩形分布时,需综合考虑水深H、垂线流速系数α及相对糙度Δ/D、绕流系数ξ等影响因素;通过系列模型试验及工程实例验证,得出了考虑上述影响因素的平堵截流和立堵截流不同阶段、不同堤头形态的截流块体稳定实用计算表达式。对截流块体稳定理论及经典计算公式进行了补充和完善。
2013 Vol. 30 (8): 25-30 [摘要] ( 220 ) [HTML 1KB] [PDF 994KB] ( 1284 )
31 李学海,程子兵,汪世鹏,石教豪
截流钢筋笼的稳定性及其计算方法
对实践中常用到的正六面体钢筋笼的稳定性从重量、形状以及有无垫底材料等方面进行了试验研究及工程实例验证。首次拟合提出了考虑其形状因素、河床糙度因素的正六面体钢筋笼止动流速和起动流速的计算公式,经试验验证具有较高的计算精度和实用性。此外,对四面体钢筋笼的稳定性也进行了试验研究,研究表明:四面体钢筋笼用于截流抛投这类止动问题的工程时,其止动稳定性明显优于相同重量的正六面体钢筋笼;而对于护底等起动问题的工程,两者起动稳定性差别不大。
2013 Vol. 30 (8): 31-36 [摘要] ( 212 ) [HTML 1KB] [PDF 1084KB] ( 1415 )
37 石教豪,刘毅,段春荣,盛君
陡坡导流隧洞进口体型试验研究
陡坡导流隧洞由于坡度较陡,洞内流态不好控制,进口体型优化比较关键。针对某项目施工导流工程进行了1∶85水工整体模型试验,通过对进口、洞身流态进行比较,提出了隧洞进口布置形式的推荐方案,结果表明:方案一进口顶部采用椭圆形式,虽然在2级流量下,上游水位大大降低,但在导流设计流量条件下洞身形成明满流交替现象,对洞身安全不利;方案二隧洞进口采用锐缘形式,使导流洞的泄流能力、进口及洞内流态、压力特性均满足设计要求,可确保在各级导流流量下,洞身段均为明流,故建议将其作为推荐方案。研究成果可供设计参考应用。
2013 Vol. 30 (8): 37-39 [摘要] ( 203 ) [HTML 1KB] [PDF 1463KB] ( 1294 )
40 李学海,李蘅,石教豪
陡坡隧洞明满交替流成因及改善措施
山区河道陡坡隧洞易于形成的明满交替流,会对隧洞产生空化空蚀、振动、冲击破坏。基于陡坡隧洞的模型试验研究成果,对陡坡隧洞明满交替流的影响因素及其改善措施进行了研究。分析了明满交替流形成的主要影响因素,包括洞前相对淹没深度H/a、隧洞体型(包括隧洞底坡、进口顶部体型、洞高、洞长、是否有转弯段、闸门井等)、进口引渠布置以及由上述因素形成的吸气漩涡、闸门井吸气影响等。综合考虑工程地形、地质、工程运用要求以及安全经济等因素,可采取消涡措施、消除闸门井吸气措施、隧洞进口顶部体型优化与选择以及洞高和洞长优化等措施,改善陡坡隧洞的明满交替流现象。
2013 Vol. 30 (8): 40-45 [摘要] ( 218 ) [HTML 1KB] [PDF 1100KB] ( 1378 )
高速水流与泄洪雾化
46 姜伯乐,张晖,杨江宁
三峡电站排沙孔工作门区及通气管道空化特性研究
针对三峡电站排沙孔工作门区及通气管道设计体型,通过减压模型试验研究了通气孔分流对高流速有压泄水段空化特性的影响。成果表明:在通气孔节制阀全开时,通气孔底部出口区会产生强烈的蒸汽型空化,而节制阀区无蒸汽型空化发生;在通气孔节制阀半开或全关时,上述两部位的空化强度大大降低,基本上无空蚀破坏的危险性。为保证高流速有压泄水建筑物安全可靠的运行,工程上要避免该部位出现分流设计。
2013 Vol. 30 (8): 46-49 [摘要] ( 241 ) [HTML 1KB] [PDF 1240KB] ( 1167 )
50 李静胡国毅
泄洪洞掺气减蚀设施空腔回水研究
泄洪洞内高速水流空化引起过流表面空蚀一直以来都是一个值得关注的问题,掺气减蚀是解决泄洪洞过流表面空蚀的有效措施。以某水电站泄洪洞明流泄槽的掺气设施为例,从对掺气坎体型增加坎高、加设坎下平台、加设下游陡坡、圆弧形底板等多个角度进行了探索比较优化。研究成果表明:挑跌坎掺气槽后接圆弧底板布置形式,较好地解决了掺气坎下游水流反向漩滚和空腔回水的问题。这一成果为类似掺气设施的布置提供了参考。
2013 Vol. 30 (8): 50-53 [摘要] ( 173 ) [HTML 1KB] [PDF 1484KB] ( 1345 )
54 杜兰,黄国兵,王春龙
窄缝急流冲击波与水舌扩散规律研究
采用模型试验手段,通过改变来流断面水流弗氏数Fr及窄缝收缩比β两个参数,重点研究了窄缝挑坎内急流冲击波交汇点位置及水流出坎后扩散规律。研究结果表明:β对冲击波交汇点位置影响较大,而来流Fr影响较小;β越大,冲击波交汇点越靠近挑坎出口;冲击波交汇后,挑坎内表面水体开始起挑,随着β的增大,水流出射角相应减小,β=0.2~0.25时,冲击波交汇点距挑坎出口距离占挑坎总长30%~40%,此时水舌扩散充分性及稳定性都较优。研究成果进一步丰富了对窄缝挑坎水力特性的认识,并为设计提供一定的理论依据。
2013 Vol. 30 (8): 54-57 [摘要] ( 154 ) [HTML 1KB] [PDF 1522KB] ( 1355 )
58 陈辉,姜伯乐,陈端
某电站泄洪雾流降雨数值计算研究
对于待建工程,一般采用模型试验和数值计算来模拟雾化水流的影响范围和程度。根据某电站工程具体情况,建立高水头、大泄量泄洪雾化计算模型,对其泄洪建筑物的各种运行工况下的雾化影响范围和降雨强度进行计算,研究分析泄洪雾化的影响。研究结果表明:雾化降雨大暴雨区主要位于下游水垫塘范围内,电厂及其尾水渠均处于暴雨区(降雨强度S≥10mm/h)之外,部分工况下电厂左安装间和电厂尾水渠左侧位于毛毛雨区(10mm/h>S≥0.5mm/h),电厂厂房和尾水渠边坡受雾化降雨的影响较小。
2013 Vol. 30 (8): 58-62 [摘要] ( 196 ) [HTML 1KB] [PDF 2183KB] ( 1306 )
63 韩喜俊,渠立光,程子兵
高坝泄洪雾化工程防护措施研究进展
高坝泄洪形成的雾化现象对枢纽下游建筑物运行、两侧岸坡稳定及生态环境可能造成危害,严重时可危及枢纽本身安全。伴随着系列原型观测、数学模型及物理模型试验等形成的雾雨强度预测技术的发展,泄洪雾化工程防护由被动的雾化—破坏—修复逐渐演变为在预测雨强及其范围基础上进行工程防护,并逐步与消能建筑物、高边坡的分区、分段防护相结合。通过对系列工程雾化防护措施调研,对高坝泄洪雾化工程防护相关研究成果进行归纳总结,认为不同防护材料在不同雨强的破坏特性及雾化对生态环境的影响是今后泄洪雾化工程防护措施研究的重要方向。
2013 Vol. 30 (8): 63-69 [摘要] ( 202 ) [HTML 1KB] [PDF 901KB] ( 1190 )
70 王思莹,陈端,侯冬梅
泄洪雾化源区降雨强度分布特性试验研究
高坝工程泄洪雾化引发的强降雨及雾流对水利工程和周围环境均产生较大影响。以往研究主要针对下游岸坡泄洪雾化雨强开展工作,少见对雾化源区域的研究。通过概化模型试验,在不同水力条件下对挑流水舌落入下游水体产生的雾化源区域的降雨强度进行系统测量和分析,针对泄洪雾化雾源区雨强的平面分布特征进行了研究,确定了落水点周围不同区域雾化源的形成原因和降雨强度平面分布规律,并对水舌落水区的区域范围和雨强分布特征随流量和水头差的变化情况进行了探索。
2013 Vol. 30 (8): 70-74 [摘要] ( 202 ) [HTML 1KB] [PDF 1272KB] ( 1301 )
调水工程水力学
75 聂艳华,段文刚,刘东
南水北调东线工程山东段水量分配方案研究
对南水北调东线工程山东段水量调度方式进行了研究,建立了水量分配的概化模型,提出了分配方案编制模型的功能要求,进行了模型设计,建立了模型与方案编制系统的接口,以及方案编制系统的功能模块。该模型可以制订年、月、旬不同时段长度的分水口门水量分配计划,并将细化的旬计划下发到实时调度模型。本模块上与日常业务处理子系统衔接,下与实时调度子系统衔接,并可以根据用水户的反馈意见滚动修正水量分配计划。
2013 Vol. 30 (8): 75-78 [摘要] ( 209 ) [HTML 1KB] [PDF 1534KB] ( 1517 )
79 侯冬梅,王才欢,刘毅
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。
2013 Vol. 30 (8): 79-83 [摘要] ( 219 ) [HTML 1KB] [PDF 2214KB] ( 1542 )
环境与生态水力学
84 蔡莹,唐祥甫,蒋文秀
河道漂浮物对工程影响及研究现状
水利工程普遍存在漂浮物问题,大量漂浮物聚集,对水质、水面景观、供水、水产、航运、发电等都造成影响,加强河道漂浮物治理有利于提高工程直接效益、改善水面环境。为减轻漂浮物爆发对工程的影响,采取的主要治漂措施包括拦漂、排漂、清漂等,这些措施没有充分发挥河流水力的优势,治漂能力不足、治漂效果不能满足工程需求。水力学模型试验研究是解决漂浮物问题的科学方法,三峡等工程过去曾开展了一些坝前治漂研究工作。河流漂浮物运移、聚集、滞留与河势及工程布置有关,深入研究河道漂浮物特征,可获得因势利导治漂效果,改善目前被动治漂现状。
2013 Vol. 30 (8): 84-89 [摘要] ( 173 ) [HTML 1KB] [PDF 1059KB] ( 1214 )
90 邢领航,刘孟凯,黄国兵
葛洲坝坝下江段水温变化影响因素分析
研究葛洲坝下游江段水温变化的影响因素及其贡献将有助于水生态水温变化本质的认识,对中华鲟产卵场保护亦具有重要意义。本文结合一维水流水温数学模型、热量收支平衡分析等手段对上述问题进行了初步探讨。初步研究结果表明:葛洲坝坝下江段水温主要受三峡水库水气界面热交换影响,寸滩来流、三峡大坝泄流以及葛洲坝电站运行等因素影响相对较小。从全年看,三峡工程运行前后库区水温变化均由净辐射和蒸发热起主导作用,但三峡工程运行后热传导热量比重有较大增加。三峡工程运行前后,11月份水温均由水气界面热传导起主导作用,但随着三峡水库蓄水位抬高,辐射量和蒸发热量所占比重显著增加,而热传导、寸滩来流和三峡大坝泄流热量所占比重逐渐减小。三峡水库的不同运行过程将影响各热量来源对库区水温变化贡献大小,进而影响葛洲坝坝下江段水温。
2013 Vol. 30 (8): 90-96 [摘要] ( 182 ) [HTML 1KB] [PDF 2034KB] ( 1251 )
97 杨金波,段文刚,黄国兵,李订芳
一种Godunov算法及其在非平底流污染物传输中的应用
采用和谐的加权平均通量(WAF)算法,研究了浅水波方程的间断解及污染物传输问题。该算法采用WAF格式和HLLCRiemann求解器近似单元边界数值通量,中心差分格式离散地形源项,然后理论上证明了该算法是和谐的。最后利用WAF算法对非平底地形上浅水波间断解及污染物传输问题进行数值计算,精确地捕捉到了间断解和污染物运动过程,结果表明该算法满足守恒性,具有高分辨率、无振荡及捕捉污染物运动边界的能力。
2013 Vol. 30 (8): 97-101 [摘要] ( 121 ) [HTML 1KB] [PDF 1235KB] ( 1614 )
102 黄明海,郭辉,邢领航,姜伟,杨伟
葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件的影响
建立中华鲟产卵场三维水流数学模型,模拟葛洲坝电厂不同调度情况下产卵场水流条件;分析了葛洲坝下游近坝段适宜中华鲟产卵的水深、近底层流速和两者叠加的区域范围;研究了葛洲坝电厂调度对中华鲟产卵场水流条件影响,并初步提出了中华鲟产卵场水流条件改善措施。研究结果表明:葛洲坝下泄流量在15000~6000m3/s范围变化时,适宜中华鲟产卵的水流区域范围随下泄流量减小相应减小;在下泄流量为6000m3/s情况下,若下泄流量全由大江电厂泄流时有利于增大大江尾水区适宜产卵的水流区域范围。
2013 Vol. 30 (8): 102-107 [摘要] ( 128 ) [HTML 1KB] [PDF 1687KB] ( 1217 )
108 郭辉,黄国兵
水生植物、水流及底泥再悬浮耦合影响规律研究进展
完整的水体概念包括上覆水、底泥以及水生植物等各种环境条件,水生植物、水流和底泥再悬浮之间的相互影响规律是水体生态环境的重要耦合演变过程。从水生植物对水流的影响、水流对水生植物的影响、水生植物对底泥再悬浮的影响3个方面,分析了水生植物、水流及底泥再悬浮耦合影响规律方面的研究进展及需要进一步研究的内容,包括:①基于人工模拟水生植物影响下的水流特性研究成果较丰富,而天然水生植物生物形态特性与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究尚需深入开展;②常规或极端水文事件影响下的水生植物生长繁殖过程与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究成果较少;③多种天然水生植物群落生物特性与水流、底泥再悬浮之间的定量影响研究尚有待推进。
2013 Vol. 30 (8): 108-112 [摘要] ( 211 ) [HTML 1KB] [PDF 882KB] ( 1754 )
113 刘志雄,岳汉生,王猛
同侧导竖式鱼道水力特性试验研究
以某水电站鱼道体型为研究基础,通过1∶10鱼道局部模型,对同侧竖缝式池室的水力特性进行了试验研究,得到了过鱼池室流态、流速分布以及适合目标鱼类上溯的路径等,并对隔板体型、竖缝宽度以及池室长度等进行了分析论证。试验结果表明,该隔板型式、池室尺寸以及池底坡度的同侧导竖式鱼道参数设计基本合理,比较适合需要保护的4大家鱼洄游上溯。通过活鱼试验,验证了鱼类上溯喜好的水力条件等。
2013 Vol. 30 (8): 113-116 [摘要] ( 224 ) [HTML 1KB] [PDF 1491KB] ( 1127 )
117 刘东,郭辉,聂艳华
三峡水库不同应急调度方式对库区水华抑制作用初步研究
河道筑坝蓄水后易爆发水华现象,在短期内要减轻对生态环境的影响,可以通过改变水库调度方式,使其对河流突发性生态环境的恶化影响降到最小程度。文章以三峡库区水华暴发为背景,以枢纽实际运行状态为依据,通过9种可行性应急方案的数值模拟计算,分析三峡水库水位消落阶段坝前水流特性,阐述枢纽调度对水华的影响,研究三峡水库抑制水华暴发的最优调度方法。研究表明:方案5在运行初期水体交换率较大,效果明显。
2013 Vol. 30 (8): 117-121 [摘要] ( 182 ) [HTML 1KB] [PDF 1400KB] ( 1222 )
122
土石坝背坡植被抗冲蚀能力试验研究
2013 Vol. 30 (8): 122-130 [摘要] ( 193 ) [HTML 1KB] [PDF 1144KB] ( 1272 )
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