中低水頭閘壩式樞紐的水力特性及消能防沖研究——以旬陽(yáng)水電站樞紐為例.pdf

1、中低水頭閘壩一般都具有水庫(kù)庫(kù)容小、調(diào)節(jié)性能差、泄量大、水頭低、下游尾水位變幅大、佛氏數(shù)低等特點(diǎn)。正因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)使閘壩工程在樞紐布置和閘下消能等方面的問(wèn)題顯得特別突出。所以如何合理的布置樞紐以滿足泄洪要求、如何設(shè)計(jì)合理的消能工形式以滿足閘下消能成為了閘壩設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的兩個(gè)問(wèn)題。
　　 本文以旬陽(yáng)水電站工程為例,通過(guò)水工整體模型試驗(yàn),量測(cè)了其在各洪水級(jí)別下的泄流能力和各工況下流態(tài)、水面線、壓力分布、流速分布、下游河道沖刷等水力特性

2、。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可知在各洪水級(jí)別工況下由于閘孔全開(kāi),上下游水位落差很小,所以流態(tài)接近天然河道流態(tài),水面線、壓力分布、流速分布等水力特性正常。其問(wèn)題較大的工況主要是常遇洪水前工況,在這些工況中由于上下游水位落差大,一般的消能設(shè)施很難同時(shí)滿足閘壩多孔和單孔局開(kāi)泄洪的情況下的消能要求,而這一問(wèn)題也是大多數(shù)閘壩在設(shè)計(jì)過(guò)程中所面臨的的共同問(wèn)題。解決這一問(wèn)題的方法通常是水工模型試驗(yàn)。
　　 旬陽(yáng)水電站工程解決消能防沖問(wèn)題最初的方案是傳統(tǒng)的消力

3、池加消力坎的形式,通過(guò)模型試驗(yàn)觀測(cè)可知在流量較大多孔局開(kāi)的工況下雖然能形成完整的水躍,但坎后二次跌落明顯對(duì)護(hù)坦的沖擊較大,小流量單孔局開(kāi)工況下由于池內(nèi)水深不足,消力池內(nèi)不能形成水躍,其出閘水流為激流對(duì)消力坎的沖擊也較大。為解決這一問(wèn)題本試驗(yàn)前后共經(jīng)歷了三個(gè)階段,第一階段主要是嘗試在消力池內(nèi)加消力墩等輔助消能工,通過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)這一方法只能局部改善多孔局開(kāi)工況下的流態(tài),而對(duì)單孑局開(kāi)工況無(wú)論是流態(tài)還是下游河道沖淤改善均不明顯。第二階段主要是

4、適當(dāng)加長(zhǎng)消力池并做成高度遞增寬度遞減的復(fù)合式尾坎,這一方案的主要問(wèn)題是單孔局開(kāi)時(shí)尾坎后不可避免的會(huì)產(chǎn)生立柱漩渦對(duì)下游沖刷變大,且其主流受到干擾后易擺動(dòng),池內(nèi)流態(tài)也不穩(wěn)定。第三階段的主要思路是小流量單孔局開(kāi)時(shí)能使出閘水流能橫向擴(kuò)散,減小其相應(yīng)的入池單寬,使之形成穩(wěn)定的淹沒(méi)水躍,多孔局開(kāi)時(shí)按照混合流的理論預(yù)期其能形成穩(wěn)定的淹沒(méi)混合流流態(tài)。通過(guò)模型試驗(yàn)觀測(cè)可知最終方案即小挑角跌坎加淺水墊消力池方案實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果,且對(duì)下游沖淤、閘門(mén)開(kāi)啟方式等改