【摘 要】
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水利枢纽是为了实现兴利除害的目标,在河流或渠道中修建各类构筑物而组合成的综合体,枢纽由多种建筑物构成,包括挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及专门建筑物等,其中挡水建筑物与泄水建筑物是枢纽关键部分,保障着水利枢纽安全运行,挡水建筑物拦蓄河流,泄水建筑物承担着宣泄洪水的功能。对历史上发生事故的水利枢纽进行失事原因分析后发现,归因于泄水建筑物自身问题的事故占到了很大比重,因此有必要针对水利枢纽中泄水建
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水利枢纽是为了实现兴利除害的目标,在河流或渠道中修建各类构筑物而组合成的综合体,枢纽由多种建筑物构成,包括挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物及专门建筑物等,其中挡水建筑物与泄水建筑物是枢纽关键部分,保障着水利枢纽安全运行,挡水建筑物拦蓄河流,泄水建筑物承担着宣泄洪水的功能。对历史上发生事故的水利枢纽进行失事原因分析后发现,归因于泄水建筑物自身问题的事故占到了很大比重,因此有必要针对水利枢纽中泄水建筑物的泄流能力与消能方式进行研究。本文以新疆BSAM水库工程为研究对象,构建相应水工模型研究平台,对水库拟建设的泄水建筑物开展相关研究,泄洪隧洞因进口高程及布置方式不同确定为深孔泄洪洞与表孔溢洪洞,由于进口条件不同,两类泄水建筑物在运行方式、泄流能力和洞内流场等方面是存在差异的,同时二者又具有类似的水力学问题。通过本次分析研究得到以下研究成果:(1)深孔泄洪洞初始方案基本满足工程应用需要,导流期与运行期各工况泄流能力满足要求,导流度汛时泄洪洞存在明满流交替现象需格外注意,运行期泄洪洞内水面线沿程壅高,流速相应下降,底板压强沿程逐渐增大,空化数沿程增加;由于出闸水流流速高达40m/s,为保护泄洪洞底板安全,共设置两道掺气减蚀跌坎,可形成稳定空腔。(2)表孔溢洪洞初始方案存在严重的折冲水流与交汇水翅,不满足工程应用需要,针对本工程溢洪洞三孔一槽、边墙渐缩设计形式,经体型比选,拟采用增设1:20坡度调整段设计,通过放缓洞内水流流速,降低折冲水流强度,平稳流态效果明显。溢洪洞校核、设计工况下泄流能力均满足要求,洞内水流流速随高程降低沿程增加,反弧段上、下游处流速基本稳定在30m/s附近,水面线在调整段内壅高,进入渥奇面段沿程逐渐降低,流速稳定后水面保持平稳,泄流时WES堰顶处存在较小负压强,沿程压强变化与水面线变化情况类似;布设两道掺气坎,可有效防止底板发生空蚀破坏。(3)深孔泄洪洞以闸孔出流为泄洪方式,表孔溢洪洞弧门全开运行时为堰流泄量,同时通过调整弧门开度亦可闸孔出流。二者相较而言,堰流具有工作水头小,泄流量大的优点,且随水头升高,泄流量增大较快;虽然泄洪洞泄量较小,但进口高程低,能较早泄洪,提高水库利用率。当开度小于1.5m时,流量系数随开度增大而降低,当开度大于1.5m时,流量系数随开度增加而增加。泄洪洞、溢洪洞由于出口位置相似,均位于下游河道左岸,初始方案均为连续型挑流鼻坎,经方案比选,两洞出口统一采用斜切兼边墙边墙导向型挑坎可满足工程应用,有效扩散水舌,降低河床冲坑深度。(4)本文在物理模型试验基础上,采用数值模拟软件FLOW-3D进行了泄洪洞、溢洪洞三维数值模拟计算,得到的泄洪洞、溢洪洞中水力参数与实测值吻合较好,在流场水流波动与变化较大部位存在一定的误差,总体而言,数值模拟计算结果具有一定程度的可信性,丰富了试验成果;对于设计单位,可能没有充足的场地进行物理模型试验,采用数值模拟方法避免场地占用,节省物理模型构建成本,便于进行工程泄水建筑物的设计与水力特性研究分析。
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