第二部分-工程水力学 - IAHR中国分会

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第 二 部 分 工 程 水 力 学
能 形 式 方 案 。
4 优 化 设 计 与 试 验 研 究
根 据 上 述 分 析 , 针 对 消 力 池 消 能 形 式 方 案 在 小 流 量 、 低 下 游 水 位 的 工 况 下 , 池 内 和 下 游
河 床 流 速 大 、 河 床 冲 刷 明 显 及 消 力 池 尾 坎 后 存 在 二 次 水 跃 等 问 题 , 通 过 给 池 中 增 设 消 力 墩 、
尾 坎 改 为 差 动 式 尾 坎 来 优 化 消 力 池 的 体 型 。 试 验 表 明 , 优 化 方 案 增 加 了 消 能 率 , 降 低 了 池 中
流 速 , 消 除 了 二 次 水 跃 , 减 小 了 对 下 游 河 床 冲 刷 , 改 善 了 整 体 流 态 。 为 了 对 比 分 析 , 现 采 取
两 种 优 化 方 案 , 优 化 方 案 Ⅰ 为 消 力 池 方 案 + 第 一 排 消 力 墩 + 差 动 式 尾 坎 , 优 化 方 案 Ⅱ 则 为 消 力
池 方 案 + 两 排 消 力 墩 + 差 动 式 尾 坎 。 具 体 优 化 措 施 如 图 7 所 示 。
第 一 排 墩
第 二 排 墩
齿 形 尾 坎
:0.5
坝 0+045.00
坝 0+065.00
坝 0+080.00
坝 0+104.00
动
床
剖 面 图
1 : 2 . 5
1 : 0 . 5
1 : 1
1 : 1
坝 0+045.00
坝 0+065.00
坝 0+080.00
坝 0+104.00
俯 视 图
说 明 : 图 中 高 程 及 其 余 尺 寸 的 单 位 均 为
图 7 消 力 墩 和 差 动 式 尾 坎 剖 面 图 和 俯 视 图
通 过 流 态 观 察 和 水 面 线 对 比 , 两 种 优 化 方 案 的 工 况 1 和 工 况 2 在 闸 室 内 水 面 跌 落 较 大 ,
工 况 1 时 优 化 方 案 Ⅰ 和 优 化 方 案 Ⅱ 的 分 别 在 坝 0+045.00 m 和 坝 0+040.00 m 处 产 生 强 水 跃 ,
工 况 2 则 分 别 在 坝 0+040.00m 和 坝 0+035.00 m 处 产 生 淹 没 式 水 跃 , 消 力 池 内 水 流 紊 动 较 大 ,
水 面 有 较 大 波 动 , 掺 混 大 量 气 泡 , 消 力 池 内 水 位 有 所 抬 高 , 至 消 力 池 尾 部 以 后 水 面 趋 于 平 稳 。
从 流 速 角 度 看 , 两 种 优 化 方 案 总 体 流 速 分 布 合 理 , 沿 程 最 大 流 速 都 位 于 第 一 排 消 力 墩 前 的 坝
0+045.00 m 附 近 , 优 化 方 案 Ⅰ 和 优 化 方 案 Ⅱ 最 大 流 速 分 别 在 13.06 m/s ~15.08 m/s 和 13.10 m/s~
15.01 m/s 之 间 , 因 受 消 力 池 中 消 力 墩 和 尾 部 差 动 式 尾 坎 的 分 流 消 能 作 用 , 消 力 墩 后 的 流 速
明 显 降 低 , 底 部 流 速 分 别 在 2.8m/s~5.13 m/s 和 0.99 m/s~3.7 m/s 之 间 , 与 抗 冲 流 速 相
近 , 河 床 已 无 明 显 冲 刷 , 达 到 了 消 能 和 防 止 下 游 河 床 冲 刷 的 作 用 。 可 以 看 出 , 两 种 优 化 方 案
的 流 速 分 布 基 本 类 似 , 消 能 效 果 差 别 不 大 。 所 以 采 用 优 化 方 案 Ⅰ( 即 消 力 池 方 案 + 第 一 排 消
力 墩 + 差 动 式 尾 坎 ) 是 可 行 的 。
鉴 于 安 全 考 虑 , 试 验 中 对 不 同 方 案 不 同 工 况 进 行 了 水 流 空 化 数 的 计 算 , 结 果 表 明 : 以 上
各 方 案 中 , 工 况 2~ 工 况 4 空 化 数 最 小 值 均 在 0.5 左 右 , 工 况 5~ 工 况 9 空 化 数 都 在 1 以 上 ,
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