中低水頭閘壩式樞紐的水力特性及消能防沖研究——以旬陽水電站樞紐為例.pdf

1、中低水頭閘壩一般都具有水庫庫容小、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。正因為以上特點使閘壩工程在樞紐布置和閘下消能等方面的問題顯得特別突出。所以如何合理的布置樞紐以滿足泄洪要求、如何設計合理的消能工形式以滿足閘下消能成為了閘壩設計中最為關鍵的兩個問題。
　　 本文以旬陽水電站工程為例,通過水工整體模型試驗,量測了其在各洪水級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、。通過試驗結果可知在各洪水級別工況下由于閘孔全開,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,一般的消能設施很難同時滿足閘壩多孔和單孔局開泄洪的情況下的消能要求,而這一問題也是大多數(shù)閘壩在設計過程中所面臨的的共同問題。解決這一問題的方法通常是水工模型試驗。
　　 旬陽水電站工程解決消能防沖問題最初的方案是傳統(tǒng)的消力

3、池加消力坎的形式,通過模型試驗觀測可知在流量較大多孔局開的工況下雖然能形成完整的水躍,但坎后二次跌落明顯對護坦的沖擊較大,小流量單孔局開工況下由于池內(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消力坎的沖擊也較大。為解決這一問題本試驗前后共經(jīng)歷了三個階段,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,通過試驗觀測發(fā)現(xiàn)這一方法只能局部改善多孔局開工況下的流態(tài),而對單孑局開工況無論是流態(tài)還是下游河道沖淤改善均不明顯。第二階段主要是

4、適當加長消力池并做成高度遞增寬度遞減的復合式尾坎,這一方案的主要問題是單孔局開時尾坎后不可避免的會產(chǎn)生立柱漩渦對下游沖刷變大,且其主流受到干擾后易擺動,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時能使出閘水流能橫向擴散,減小其相應的入池單寬,使之形成穩(wěn)定的淹沒水躍,多孔局開時按照混合流的理論預期其能形成穩(wěn)定的淹沒混合流流態(tài)。通過模型試驗觀測可知最終方案即小挑角跌坎加淺水墊消力池方案實現(xiàn)了預期效果,且對下游沖淤、閘門開啟方式等改