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·试验与研究·
龙英水库溢流坝挑流消能工优化试验研究
覃培,张小飞,黄佳敏,肖天培
530000
(广西大学土木建筑工程学院,南宁)
[]
摘要龙英水库溢流坝采用连续式鼻坎挑流消能方式,由于两侧导墙收缩角远大于常见范围,在泄流时沿两侧导
3
墙和堰面下泄的股水流在挑坎上出现碰撞,产生向上跃起的水冠,水冠不稳定,对下游的消能防冲、防雾带来不利
影响,需要对消能工进行优化。通过水工模型试验,从水流的角度对消能工的布置方案进行优化。试验结果表明:
在挑坎处设置分流墩可以改善挑坎处水流的稳定性,避免或减轻挑流水舌对两岸的冲刷,减轻雾化;与矩形分流墩
Y
相比,形、倒梯形分流墩在消除挑坎处水流碰撞产生的水冠方面效果不明显,却增加了分流墩在结构上的复杂性;
°
采用等间距布置个分流墩,每个分流墩分别与相邻侧的调直段导墙成夹角的分流墩的布置方案,可以改善挑
坎处水流的稳定性,避免或减轻挑流水舌对两岸的冲刷,减轻雾化。
[]
关键词溢流坝;挑流消能工;优化;模型试验;龙英水库
[][]A[]1003-1510202102-0006-04
中图分类号文献标识码文章编号()
0消能效果较好,并能有效控制射流落入下游河床的
引言位置;陈雪冬[3]提出异型斜切鼻坎挑流消能工,并采
龙英水库大坝溢流采用挑流消能,采用连续式用模型试验的方法对挑流消能挑射水舌进行研究,
837mR10m
鼻坎,鼻坎顶高程为,反弧半径为,挑认为影响其挑射水舌形态的主要因素为右侧圆弧
30°25m
射角取。由于下游河道宽在左右,为避免边墙转弯半径、高坎处的挑射角度。这些研究是针
水流冲刷岸坡,初步设计将溢流坝导墙两侧各向内对导墙没有收缩或收缩角很小的挑流消能工进行
°°
收缩,并在反弧段设置长为的调直段,调的,龙英水库溢流坝收缩角为,远大于常见范
20m
直段与鼻坎连接,鼻坎前沿宽度。根据龙英水围,水流具有其特殊性,因此,有必要对挑流消能工
库溢流坝导墙收缩角对泄流水力特性影响的试验开展试验研究,为龙英水库溢流坝挑流消能工优化
20°
成果,当导墙收缩角大于时,需要采用工程措施设计提供依据。
改善挑坎处流态,改善挑流水舌的形态和稳定性,1
减小雾化和下游的冲刷,因此,有必要对龙英水库模型设计与试验流量
溢流坝挑流消能工进行优化。
挑流消能是泄水建筑物常用的消能方式,对挑水工模型试验按重力相似准则进行设计,采用
=80
流消能工的设计已很成熟,但由于高速水流与其过正态整体水工模型,模型几何比尺采用Lr,其它
水建筑物相互作用的复杂性,国内外对挑流消能工水力要素比尺按《水工(常规)模型试验规程》
SL155-2012
的研究一直没有停止,对挑流消能工体型进行了大()重力相似准则的要求确定,具体如下:
==
量的研究工作,已经由传统的连续式挑坎、差动式流量比尺:QLr5/2
r==
挑坎发展出了宽尾墩、窄缝、扭曲斜切坎以及燕尾流速比尺:VLr1/2
r==
坎等多种表现优异的新型挑坎[1];李元杰等[2]根据黄时间比尺:TLr1/2
r==
家湾水利枢纽工程的特点,研究提出了一种新型非糙率比尺:nLr1/6
rLGY-Ⅲ
对称转向收缩差动式挑坎,以适应工程地形地质条测量主要仪器设备:流速量测采用型
DJ800
件、枢纽布置和泄水建筑物的运行要求,试验表明多功能智能流速仪,脉动压力量测采用多功
2021-01-14
[收稿日期]
(1996-)
[作者简介]覃培,男,广西河池人,广西大学土木建筑工程学院硕士研究生,研究方向为水工结构。
6
万方数据
广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2021(2)
能监测系统,时均动水压力量测采用连通测压管。
为了分析不同挑流消能工布置方案在下泄各
级流量时水流形态和消能效果,对不同挑流消能工
837m/s
布置方案分别测试了包括校核洪水(Q=3)、
=574m/s=
设计洪水(Q3)和消能防冲设计洪水(Q
464m/s91
3)在内的个流量(见表)。
图1敞泄校核洪水(Q=873m3/s)流态图
表1模型试验流量
/%
P()
下泄流量83757446438929824620010050
/m/s
Q(3)
2
初步设计推荐方案试验
初步设计推荐方案消能方式采用挑流消能,将
°
溢流坝导墙两侧各向内收缩,并在反弧段设置
10m图2敞泄设计洪水(Q=574m3/s)流态图
长为的调直段,调直段与鼻坎连接,鼻坎前沿
20m837m
宽度,采用连续式鼻坎,鼻坎顶高程为,
10m30°
反弧半径为,挑射角取。
10
敞泄校核、设计、消能防冲设计和年一遇洪
14
水时的流态分别见图~图。
试验观测表明:受两侧导墙向内收缩的影响,
水流在收缩段的边墙处产生冲击波,由于下泄水流
流速较大,冲击波波角很小,冲击波几乎没有向中
间传播,而是沿导墙积聚成两股水流向下流动,造图3敞泄消能防冲设计洪水(Q=464m3/s)流态图
成导墙附近的水面出现明显壅高。随着冲击形成
的水流在导墙内壁流动并沿程叠加,导墙附近的水
面壅高呈沿程不断增加的趋势。在挑坎处,沿两侧
导墙向下流动的两股集中水流和沿坝面下泄的水
3
流在挑坎反弧段处交汇,交汇的股水流相互碰撞,
产生向上跃起的水冠,水冠不稳定,出现左右摆动。
下泄较大流量时,摆动的水冠会拍打和冲刷下游两
侧河岸。由于水冠的存在,挑流水舌不规则、不稳
定。图4敞泄P=10%洪水(Q=389m3/s)流态图
下泄各级试验流量时,均能形成挑流,没有出3
现水流沿挑坎末端漫溢现象;挑流水舌落在下游河挑坎分流墩优化试验
床中部偏左岸,部分水流冲击左岸山体,
内水流湍急,流速较大,流态复杂。根据挑流水舌为改善挑坎处由于两侧导墙收缩形成的两股
的形态判断,大流量时挑流会产生较强的雾化。水流和沿坝面下泄水流碰撞引起的水流不稳定,避
综合上述,溢流坝挑坎的坎高、挑角和反弧半免或减轻挑流水舌对两岸的冲刷,减轻雾化。根据
径基本合理,挑坎的布置需要进一步进行优化。初步设计推荐方案挑坎处水流的流态,提出了在挑
7
笺少∥幕万方数据
:
覃培,张小飞,黄佳敏,肖天培龙英水库溢流坝挑流消能工优化试验研究
坎段设置分流墩的试验方案。为优化分流墩的布
置,做了多种方案的尝试性试验,在分流墩的体型
Y3
方面,试验了在竖直方向为形、倒梯形和矩形种
Y
墩型,从试验结果来看,和矩形分流墩相比,形、倒
梯形分流墩在消除挑坎处水流碰撞产生的水冠方
面效果不明显,而且增加了分流墩在结构上的复杂
性,因此,分流墩的体型建议采用矩形墩。对矩形
4
分流墩的布置,试验共测试了个分流墩布置方案。
111图5方案2敞泄设计洪水(Q=574m3/s)挑流态图
()方案。采用个分流墩,分流墩布置在挑
坎段两侧导墙的中间,分流墩的厚度为,长度、
顶高程和导墙的调直段相同,上游采用三角形墩
头,墩尾和两侧调直段导墙末端齐平。
2222
()方案。采用个分流墩,个分流墩等间
距布置在两侧导墙之间,与两侧调直段导墙成平行
1
布置,体型和方案的相同,长度、顶高程和导墙的
调直段相同,墩尾和两侧调直段导墙末端齐平。
3322
()方案。采用个分流墩,个分流墩等间
距(以墩尾距离计,下同)布置在两侧导墙之间,每图6方案3敞泄设计洪水(Q=574m3/s)挑流态图
个分流墩分别与相邻侧的调直段导墙成一定夹角,
体型和方案的相同,长度为,顶高程和导墙()方案的分流墩在分流和改善挑流水舌的
的调直段相同,墩尾和两侧调直段导墙末端齐平。流态方面有较好的效果,但挑坎末端水舌的流态不
4422
()方案。采用个分流墩,个分流墩等间够平稳,为了进一步改善挑流流态,经试验比较,方
431
距布置在两侧导墙之间,每个分流墩分别与相邻侧案在方案的基础上,分流墩向上游方向延长了
°m3m
的调直段导墙成一定夹角(),分流墩的厚度为,而尾部缩短了,最终选定的分流墩的厚度为
,长度为,顶高程和导墙的调直段相同,,长度为,顶高程和导墙的调直段相同,
3m3m
上游采用三角形墩头,墩尾距离挑坎末端。上游采用三角形墩头,墩尾距离挑坎末端。方
478
。
114
()方案采用单一分流墩不能实现将沿两侧方案进一步改善了挑坎末端挑流水舌的流
导墙向下流动的水流与沿坝面下泄的水流的有效态,减小了水流向中间集中,挑坎末端水流分布更
分隔,挑坎处流态与无分流墩时的相比,没有明显均匀,挑流水舌更稳定,有利于下游的消能防冲和
改善。降低雾化。下泄设计洪水、消能防冲设计洪水时,
2224910
()方案采用个分流墩,分流墩能较有效地方案挑流流态分别见图和图。
3
将股水流分隔,挑坎处水流流态与无分流墩时相
比有明显改善,但由于分流墩与沿两侧导墙向下流
动的两股水流交角较大,水流撞击分流墩后沿分流
墩面出现较大的跃升,挑流水舌不够稳定。下泄设
25
计洪水时,方案挑流流态见图。
3
()为减小左右两股水流撞击分流墩后沿分流
3
墩面跃升的高度,增加挑流水舌的稳定性,方案将
2
个分流墩分别与相邻侧的调直段导墙成一定夹
°~10°
角,经试验比较,夹角在之间时,分流墩的
分流效果和挑流水舌的流态均较好,试验最终选用
°36
了。下泄设计洪水时,方案挑流流态见图。
图7方案4分流墩推荐方案平面示意图
8
万方数据
—移鲳:厂/一.——~迷鲑≮心镉骊\,廷医騏三忙熙删『盯瓦。⋯■口『
广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2021(2)
水流撞击分流墩后沿分流墩面跃升的高度高于分
流墩,跃起水流由于脱离了导墙和分流墩的约束而
不够稳定。下泄设计洪水时,跃起水流较小、不连
续;下泄校核洪水时,跃起水流较大、跃起高、连续、
不够稳定,但跃起水流没有直接打在岸坡上,主要
4
是对雾化产生影响。方案下泄各级洪水时,挑流
水舌入水处均在河道中部略偏左岸,下泄校核、设
计和消能防冲设计洪水时测得的挑流挑距分别为
、和。经动床试验,下泄设计和消
能防冲设计洪水时,对应的冲坑深度分别为
和,冲坑后坡(挑距冲坑深度)分别为
图8方案4A-
和,冲坑不至于直接危及大坝的安全。
4
结论
1
()对初步设计推荐的挑流消能工进行优化。
在挑坎处设置矩形分流墩可以改善沿两侧导墙向
下流动的水流和沿坝面下泄水流碰撞引起的挑坎
处水流不稳定,避免或减轻挑流水舌对两岸的冲
刷,减轻雾化。
22
()采用等间距布置个分流墩,每个分流墩
°
图9方案4敞泄设计洪水挑流态图分别与相邻侧的调直段导墙成夹角,可以较好
地解决沿两侧导墙向下流动的水流和沿坝面下泄
水流碰撞引起的挑坎处水流不稳定问题,在下泄各
级洪水时挑坎上的水流和挑流水舌的流态均较好,
没有出现直接危及大坝安全的水流现象。
参考文献
[1].[J].
闫路明挑流消能工研究现状及其应用四川水力发
2017361133-135.
电,,():
[2].
李元杰,娄作兴一种新型非对称转向收缩差动式挑坎
图10方案4敞泄消能防冲设计洪水挑流态图[J].20194142-148
设计水利规划与设计,():
[3].D.
4陈雪冬异型斜鼻坎挑流消能试验研究[]昆明:昆明
从方案下泄各级洪水时挑坎上的水流和挑流2015.
农业大学,
水舌的流态来看,在下泄消能防冲设计及以下洪水
时,挑坎上的水流和挑流水舌的流态均较好;在下
(责任编辑:刘征湛)
泄设计及校核洪水时,沿两侧导墙向下流动的两股
(英文摘要下转第33页)
9
万方数据
坐型螭戳柴留绷,进逍◇。皿,,芄【∑坏记绞账跗鸬谚\\多\■暌分流墩下游墙分流墩卜游卫帷D芊籣水’圭
广西水利水电GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2021(2)
ValueevaluationoffreshwaterecosystemservicesinGuangxi
TaoChang-di,Zhan-Wei
(GuangxiWaterandPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,Nanning530023,China)
Abstract:Accordingtothetypeofwatersurface,thefreshwaterresourcesinGuangxiaredividedintosixrelative
homogeneousecologicalservicevalueevaluationunitsincludingrivers,lakes,reservoirs,ponds,tidalflatsand
Guangxi,thedirecteconomicvalue,indirecteconomicvalue,ecologicalandenvironmentalvalueandotherindexes
werecalculatedrespectivelytoevaluatethevalueoffreshwaterecosystemserviceinGuangxi,andtoanalyzethe
statusandroleoffreshwaterecosysteminensuringhigh-qualitydevelopmentofeconomyandsocietyinGuangxi.
KeywordsFreshwaterecosystem;valueevaluationsystem;economicvalue;ecologicalandenvironmentalvalue;
:
Guangxi
􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌􀤌
(上接第9页)
Experimentalstudyofoverflowdamski-jumpenergydissipatorfor
LongyingReservoirProject
QINPei,ZHANGXiao-fei,HUANGJia-min,XIAOTian-pei
(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,GuangxiUniversity,Nanning530000,China)
Abstract:ContinuousdeflectingbucketwasadoptedastheenergydissipationmodeofoverflowdamforLongying
,
threestreamsdischargedalongtheguidewallandtheweirsurfacecollidedontheflipbucketwhendischarging,re⁃
,whichhadadverseeffectsonthedown⁃
streamenergydissipationandanti-
testdemonstratethatdiversionpieratthebucketisabletoimprovethestabilityofwaterflowattheflipbucket,
avoidorreduceerosionoftrajectorynappeonbothsides,
pier,Y-shapeorinvertedtrapezoidaldiversionpiershadnoobviouseffectoneliminatingthewatercrowncausedby
watercollisionattheflipbucket,
werearrangedwithequalspacing,°totheguidewallofthe
bucket,avoidorreduceerosionoftrajectorynappeonbothsides,andalleviateatomization.
Keywords:Overflowdam;ski-jumpenergydissipator;optimization;modeltest;LongyingReservoir
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万方数据