赞比亚下凯富峡水电站溢洪道模型试验及优化研究

摘要

随着国内外高坝建设的不断发展,尤其是在高水头、窄河道、大泄量条件下,常规的底流消能和挑流消能很难达到有效、安全和经济的要求。据统计,全世界已建100m以上的高坝有400余座,这些高坝泄水工程中的水流流速都在40m/s左右或更高,在高速水流的作用下,泄水建筑物需要解决泄流能力、沿程压力分布、水面线位置和形状以及消能防冲等问题。针对这些问题,以往的研究中,模型试验的方法因为试验结论真实可靠,是工程设计的最终验证而得到广泛的应用和发展,成为解决溢洪道泄流消能防冲问题的有效手段。近几年,计算机技术的不断发展,拓展应用领域不断扩大,为数值模拟计算提供了强有力的工具,数值模拟为泄水建筑物内部水流流动实际模拟提供了手段,最大程度节约了人力资源。
　　赞比亚下凯富峡水电站洪水量较大,左岸溢洪道和右岸泄洪洞挑流水舌对河岸冲刷比较严重,且水流对岸坡形成淘刷,影响到两岸边坡的稳定性,因此,分析其水利特性的变化规律,对溢洪道挑流鼻坎及引水渠进行优化具有重要的意义。本文以下凯富峡水电站溢洪道设计方案优化为出发点,进行了模型试验和数值模拟研究,主要成果及结论如下:
　　(1)构建下凯富峡水电站整体水工模型试验,通过试验研究,对溢洪道泄流能力、压力分布、水流空化数等基本的水力特性进行分析;
　　(2)通过试验研究,提出了原设计挑流鼻坎不足之处,提出了等宽鼻坎、斜切式鼻坎、右扩散鼻坎、小半径、大挑角鼻坎等多种修改方案,对各方案进行试验验证,根据试验结果,通过对下游河道最低冲坑、下游河道最大淤积体、左右岸边冲刷情况等参数的分析,大挑角、舌型鼻坎具有体型简单、水舌形态好、下游河道冲刷轻等优点,可以作为溢洪道鼻坎设计方案。
　　(3)通过试验研究,提出了原设计引渠不足之处,提出引渠左岸坡脚线前沿平行往右岸平移、引渠进口宽度减小61m等不同试验方案,并对试验方案进行试验验证。试验结果表明:缩小连接圆弧半径至R=120m,连接圆弧起点调整至溢S0-035m,圆弧角度为α=55°,左岸开挖边坡坡脚线连接圆弧半径为R=145m时,引渠内水面平顺稳定、水面波动及横向水面比降小,此参数下设计方案最优。
　　(4)按照数值模拟的基本原理和要求,构建了溢洪道数值模拟模型,对溢洪道水力特性、压力分布和泄流能力进行计算和分析,同时与试验结果相互验证,结果表明,两种方法计算结果一致性较好,对于存在的差别的原因进行了说明。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究综述

1.4 研究内容及技术路线

2下凯富峡水电站溢洪道整体模型试验

2.1 工程概况

2.2 试验基本原理

2.3试验模型设计

2.4 模型试验测量项目

2.5 本章小结

3 溢洪道水力特性及体型优化试验结果

3.1基本水力特性试验结果

3.2 溢洪道引渠优化

3.3 溢洪道挑流鼻坎优化

3.4 本章小结

4溢洪道数值模拟及对比分析

4.1 数值模拟及结果

4.2模型试验与数值模拟对比分析

4.3 本章小结

5 结论及展望

5.1 本文结论

5.2 展望

致谢

参考文献

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