高拱壩壩身收縮式表深孔無碰撞泄洪消能及霧化研究

《高拱壩壩身收縮式表深孔無碰撞泄洪消能及霧化研究》是依託四川大學，由李乃穩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高拱壩壩身收縮式表深孔無碰撞泄洪消能及霧化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李乃穩
• 依託單位：四川大學

項目摘要

窄河谷、大流量高拱壩工程多採用表深孔水舌空中撞擊+水墊塘的壩身泄洪消能方式，取得了較好的效果。但其最大副作用是泄洪霧化的顯著增強，威脅下游岸坡的安全。若能使表深孔水舌空中相互穿插下落而無碰撞，則可顯著減輕泄洪霧化強度。但由於拱壩的泄流寬度受限，因此如何實現空中水舌的相互穿插下落，並且避免水墊塘底板動水荷載增加成為一個難題。寬尾墩、窄縫挑坎具有橫向收縮、縱向拉長水流的特性，可獲得窄長水流。本研究項目將寬尾墩和窄縫挑坎收縮式消能工分別套用於高拱壩壩身泄洪表深孔，提出高拱壩表孔寬尾墩和深孔窄縫泄流形式，既可通過水舌的橫向收縮實現表深孔水舌的無碰撞穿插，又可利用水舌的縱向擴散使水墊塘底板衝擊荷載反而進一步降低。研究成果有助於推動我國高拱壩泄洪消能在二灘水電站開闢的表深孔水舌空中碰撞+水墊塘消能方式的基礎上再上升到一個新的台階。

結題摘要

本研究項目將寬尾墩和窄縫挑坎收縮式消能工分別套用於高拱壩壩身泄洪表深孔，提出高拱壩表孔寬尾墩和深孔窄縫泄流形式，實現了高拱壩壩身表深孔水舌的空中無碰撞消能。研究中利用模型試驗、紊流數值模擬和理論推導相結合的方法對高拱壩表孔寬尾墩、深孔窄縫挑坎的水力特性進行了研究，如流速、水深、流道壓力、水舌挑距及縱向擴散長度和水墊塘底板衝擊動壓，建立了高拱壩表孔寬尾墩、深孔窄縫挑坎水力計算方法。在1:60錦屏一級水電站整體模型上針對高拱壩無碰撞消能方式的泄洪霧化進行了研究，發現無碰撞消能對降低泄洪霧化強度效果非常顯著，同時壩身下泄水流對水墊塘底板的衝擊動壓進一步減小，消能效果良好。另外分析了無碰撞消能方式的泄洪霧化產生原因和主要霧化源，提出了其泄洪霧化數學模型。本研究還利用PIV粒子測速技術研究了窄長射流在水墊塘內的精細流場結構，發現水墊塘內隨著淹沒射流流程的增加，射流與周圍水體不斷卷吸、摻混、剪下，流場中存在大小尺度不同的渦，正是這些渦擔負著能量傳遞和耗散的作用。研究成果有助於推動我國高拱壩泄洪消能在二灘水電站開闢的表深孔水舌空中碰撞+水墊塘消能方式的基礎上再上升到一個新的台階。