第二部分-工程水力学 - IAHR中国分会

第 二 部 分 工 程 水 力 学
尚 嘎 尼 水 利 工 程 泄 洪 消 能 试 验 研 究
武 彩 萍 郭 慧 敏 宋 莉 萱 吴 国 英
( 黄 河 水 利 科 学 研 究 院 水 利 部 黄 河 泥 沙 重 点 实 验 室 河 南 郑 州 450003 Cp.wu@yahoo.com.cn)
摘 要 本 文 配 合 尚 嘎 尼 水 利 工 程 设 计 , 进 行 了 三 个 方 案 的 比 较 试 验 。 方 案 一 经 过 体 型 修 改 后 ,
下 游 冲 刷 深 度 浅 且 距 坝 远 , 但 两 侧 隔 墙 承 受 较 大 的 动 水 压 力 。 方 案 二 左 右 坝 段 采 用 宽 尾 墩 和 台 阶
式 联 合 消 能 , 各 级 流 量 下 , 宽 尾 墩 不 能 将 水 流 纵 向 拉 开 , 仅 起 到 了 约 束 水 流 , 坝 面 以 收 缩 叠 加 水
股 的 方 式 下 泄 , 剩 余 坝 面 阶 梯 不 能 得 到 有 效 利 用 , 消 能 效 果 不 佳 。 方 案 三 左 右 坝 段 采 用 台 阶 式 消
能 , 结 果 表 明 , 台 阶 对 减 小 坝 面 流 速 作 用 是 有 限 的 , 两 侧 阶 梯 溢 流 坝 面 与 山 坡 交 汇 处 水 流 流 速 较
大 , 达 到 22.7 m/s, 这 进 入 高 速 水 流 范 畴 , 根 据 台 阶 溢 流 坝 水 力 学 模 型 试 验 成 果 和 原 型 工 程 运
用 实 践 , 无 论 从 台 阶 溢 流 面 的 空 蚀 和 坝 肩 岩 石 抗 冲 能 力 , 台 阶 溢 流 面 和 坝 肩 山 体 都 是 不 安 全 的 。
关 键 词 水 流 工 程 ; 模 型 试 验 ; 溢 流 坝 ; 宽 尾 墩
1 概 述
尚 嘎 尼 水 利 工 程 (Shangani Dam) 位 于 津 巴 布 韦 西 北 部 的 呱 邑 河 (Gwayi River) 上 ,
距 布 拉 瓦 约 市 (Bulawayo City) 约 270 km, 控 制 流 域 面 积 38740 km 2 , 水 库 总 库 容 大 于 10
亿 m 3 , 工 程 以 供 水 为 主 、 兼 顾 发 电 。
[1]
根 据 设 计 部 门 提 出 的 试 验 任 务 和 要 求 , 模 型 按 佛 汝 德 相 似 定 律 设 计 , 为 局 部 动 床 正 态
模 型 , 几 何 比 尺 1:120。 下 游 河 床 的 岩 体 主 要 为 石 英 岩 , 模 型 以 天 然 石 子 散 粒 料 作 为 模 拟 岩
基 冲 刷 材 料 , 用 基 岩 的 抗 冲 流 速 10 m/s 确 定 散 粒 料 的 粒 径 ( 平 均 粒 径 3 cm)。 共 进 行 了 三
个 方 案 的 比 较 试 验 。
方 案 一 , 混 凝 土 重 力 坝 最 大 坝 高 71 m, 溢 流 坝 段 宽 201 m, 堰 型 为 WES 实 用 堰 , 堰 顶
高 程 906m。 下 游 消 能 采 用 连 续 式 挑 流 鼻 坎 , 挑 流 鼻 坎 高 程 870.2 m, 挑 坎 反 弧 半 径 20 m,
挑 角 30°, 溢 流 坝 两 侧 边 墙 向 河 道 收 缩 , 挑 坎 过 流 宽 度 118 m。 设 计 洪 水 位 917 m, 对 应 泄
量 14940 m 3 /s。 该 方 案 平 面 布 置 如 图 1。
918.4
931
910.4
900
925
876
919.4
915.8
902.6
900.0
901.3
898.0
903.6
869
878
883
878
902
924
930
911.9
907.4
904.7
902.6
901.2
866 867
868
885
882
889
886
892
893
896
912
922
920
927
929
931
892
894
919
867
872
881
885
885
901
899
902
902
906
917
916
918
934
936
图 1 方 案 一 枢 纽 平 面 布 置
方 案 二 , 该 体 型 与 方 案 一 相 比 , 将 溢 流 坝 段 分 为 三 部 分 , 中 间 坝 段 两 侧 导 墙 改 为 直 导 墙 ,
溢 流 坝 段 宽 98 m, 坝 顶 高 程 以 及 体 型 其 它 尺 寸 不 变 。 两 侧 溢 流 坝 坝 顶 高 程 由 906 m 抬 高 至
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