萬安水利樞紐紐泄洪建筑物水力學研究

黃河寧蒙河段面臨水資源供需矛盾尖銳、洪水威脅嚴重、水質污染日趨嚴重,河口生態環境惡化等重大危機,大柳樹水利樞紐工程的建設可起到反調節、防凌(防洪)的重要作用,并能促進區域生態環境改善、改變群眾生存環境,保障糧食生產、促進農村經濟發展及能源重化工基地的建設,帶動地區經濟又快又好地發展,以維持黃河健康生命,保障黃河安瀾,使寧蒙河段長治久安。

水布埡導流隧洞具有水頭高,流量大,洞線長,地質環境差等特點,因而技術問題較多,難度較大。為此,進行了大量的試驗研究。主要試驗成果有:泄流能力及影響泄流能力的主要因素,壓力特性及改善壓力特性措施,出口消能防沖措施的比較等。這些試驗成果為工程優化設計提供了科學依據。

水布埡樞紐放空洞主要承擔水布埡工程施工期后期導流及完建后大壩檢修時放空水庫的任務。它具有水頭高、流速大、運行時間長、水位變幅大等特點。借助系列水工模型試驗對水布埡放空洞的泄流能力、壓力特性及關鍵部位的空化特性、閘門啟閉力、出口鼻坎消能工體型及下游沖刷等進行了較深入的研究、分析。提出了一種新型消能工———雙曲差動異型鼻坎,該鼻坎有良好的消能效果。在工作閘門區突擴跌坎處,選擇合適的體型及通氣設施并嚴格控制表面不平整度,可達到防止或減小空化的目的。

亭子口水利樞紐具有泄洪落差與泄洪單寬流量均較大、建筑物布置相對比較集中、下游河勢復雜等特點。通過水工斷面模型試驗,對表、底孔體型及消能工進行優化,推薦表孔采用寬尾墩消力池聯合消能型式,底孔采用突擴跌坎型式,并經過整體模型試驗驗證,其泄洪消能均能滿足設計要求;通過在水工整體模型上對下游引航道左右岸線及河床的整治、隔流堤長度和堤頭偏角調整等方面影響因素的比較優化,提出了可行的布置方案。

清遠水利樞紐工程是繼飛來峽水利樞紐后在北江干流上擬建的又一大型水利樞紐工程。該文采用物理模型試驗方法對清遠樞紐的整體布置、消能防沖、施工導流、船閘通航及電站發電等幾方面水力學及泥沙關鍵技術問題開展研究,優化了樞紐的整體布置、消能防沖設計、電站進出口及船閘上、下游通航建筑物的布置,以及施工導流布置方案,達到了進水平穩、水頭損失小、攔沙、排浮效果好的設計要求。研究成果可為平原河流大型水利樞紐的模型試驗和工程設計提供參考。

水布埡放空洞具有工作水頭高、流速大、上游水位變幅大等特點。針對其工作門區的突擴跌坎摻氣體型,通過1∶25局部模型和1∶40減壓模型,對該體型的水力特性及空化特性進行了試驗研究,結果表明:放空洞在工作水頭h0=0~110m范圍內運行,工作門區突擴跌坎體型可免于空蝕破壞;工作門區側擴跌坎體型設計參數相對應的臨界工作水頭hk為35~50m;工作水頭h0=20m時,側空腔淺小,底空腔基本消失,水流不能有效摻氣,而側沖擊區有初生狀態的蒸汽型空化發生,為安全計,宜采用抗蝕材料對邊墻水流沖擊予以防護。分析評估了該體型的抗空蝕破壞能力,研究成果為設計決策提供了科學依據。

黃河大柳樹水庫樞紐位于寧夏中衛以南黃河干流上,屬黃河黑山峽河段,大柳樹水庫對黃河水資源的合理利用具有承上啟下的重要作用,也是黃河上游自龍羊峽至青銅峽全長90km,唯一束被開發的可綜合利用的高壩大庫。

大柳樹水利樞紐壩址位于黃河上游干流黑山峽峽谷出口處,上距蘭州250km,下距銀川160km,控制黃河流域總面積的33.6%,總徑流量的58%,總輸沙量的10%;水多沙少,水資源開發條件優越。攔河大壩擬采用面板堆石壩,正常高水位1380m,最大壩高163.5m。總庫容110億m3,經水庫沖淤平衡,100年后還可永久保留50億m3庫容。水電站裝機容量200萬kw,年發電量78億kw·h。大柳樹水庫與龍羊峽、小浪底水庫為黃河水沙調控體系的三大骨干工程,大柳樹水庫具有承上啟下、反調節徑流、兼顧各方面利益的獨特功能,是有利于黃河上、中、下游的戰略性工程。其主要作用是:調節上游徑流,增加黃河可用水源,緩解黃河斷流,改善水沙條件,維持主汛期造床輸沙流量,減輕河道淤積萎縮,提供生態用水,建設綠色屏障,防治荒漠化,改善生態環境;大幅度提高黃河上游梯級電站發電效益;提高寧蒙河段防洪標準;防治冰凌災害;從治理和開發黃河全局出發,綜合效益更大。另外,大柳樹工程還是南水北調西線工程的調節水庫與西電東送北部通道的調節樞紐,對于西部開發和黃河治理具有不可替代的戰略作用。

大柳樹水利樞紐是黃河上游唯一一座以灌溉、供水為主的水利樞紐。大柳樹樞紐電站在黃河上游水電開發中具有重要的意義和作用，應盡快建設實施。

本文結合黃河大柳樹水利樞紐工程的實踐，介紹了采用電測深、聯合剖面法和高密度電法查明地下一定深度范圍內的ｆ３斷層的傾向；采用聲波法、地震波法確定巖體的彈性力學指標，從而為評價巖體質量及巖體分類提供了科學依據。

大柳樹水利樞紐移民內安安置和外遷安置都有難度、淹沒區的城鎮相對較為富裕等,使得移民安置問題趨于復雜化。擬訂的移民安置方案存在設計內容不充分、移民搬遷真實成本與現行移民成本計算不準、沒有處理好項目投資市場化體制與移民實施政府行為之間的關系等問題。提出圍繞"兩項承諾、三項保證、四項扶持"的移民安置方案,建立從項目公司分紅的利益補償機制和移民個人養老保險,發展相關產業促進就業,給轉型產業和移民職業教育以扶持政策等。

黃河大柳樹水利樞紐位于寧夏回族自治區中衛縣黑山峽河段。通過對壩區構造、區域深部構造特征及壩址區構造的分析，認為該地區構造發育，構造活動復雜，但是壩址沒有蘊震和發震斷層存在，故不存在抗斷問題，壩址位于相對穩定地段，可安全修筑高壩。

布列依水電站泄水建筑物為８跨溢洪道，采用挑流鼻坎防止建筑物和左岸被大泄量水流沖刷，為此進行了多種模型試驗，以探討水力學特性，試驗得出：雙層挑流鼻坎結構輔以摻氣裝置摻氣，可大大減輕水流對建筑物，左岸及河床的沖刷。

宜昌高壩樞紐水力學試驗廳平面不規則,體型復雜,設計施工限制因素多,比選采用45m大跨度梯形鋼屋架。文章針對其特點介紹了鋼屋架的結構計算和節點設計。

九甸峽水利樞紐工程巖體變形特性研究——通過分析研究樞紐不同高程、不同風化程度、不同巖性的巖體的變形特性，基本得出了樞紐巖體變形特性及規律，為樞紐區各建筑物的設計驗算提供了理論依據，為優化設計和節約工程投資奠定了基礎　　

通過分析研究樞紐不同高程、不同風化程度、不同巖性的巖體的變形特性,基本得出了樞紐巖體變形特性及規律,為樞紐區各建筑物的設計驗算提供了理論依據,為優化設計和節約工程投資奠定了基礎

萬安水利樞紐紐泄洪建筑物水力學研究

本文針對三河口水利樞紐泄洪放空底孔事故閘門動水關閉過程門體的水力學及流激振動問題,按重力相似準則和水彈性相似準則研制了比尺為1∶20事故閘門的水力相似模型和完全水彈性相似模型。通過模型試驗,研究了事故閘門動水閉門過程中門體水力荷載和流激振動響應特性。研究結果表明:閘門上游底緣傾角由47°增大為57°時,上游底緣的最小壓強由-98.0kpa增大為271.8kpa,有利于防止閘門底緣附近發生水流空化及減小閘門閉門力。研制的事故閘門水彈性模型試驗模態結果與數值計算結果吻合較好。該事故閘門水彈性相似模型能夠更直接的測量分析閘門的流激振動響應特性,為閘門的設計和運行提供技術支持,并可為類似工程事故閘門的結構優化設計及運行提供參考。

水利樞紐固定壩段應力分析——隨著我國水電建設的蓬勃發展，水利工程中的應力分析研究也日益深入，尤其是對水利樞紐工程中固定壩段的應力分析直接影響了水利上程的穩定性和安全性。本文提出了水利樞紐固定壩段應力分析的主要任務，介紹了水利樞紐固定壩段應力分...

根據壩址水文特性、規劃要求及工程地形、地質條件,皂市水利樞紐泄洪消能設計采用了表、底孔相間布置聯合泄洪、表孔寬尾墩底流—底孔射流—消力池聯合消能的型式,適應了渫水洪水陡漲陡落、水位變幅大、泄流量大、防洪調度運行條件復雜及消能區地質條件差等特點,成功地解決了中水頭、大單寬、低佛氏數消能問題,完善了樞紐壩后式廠房布置方案,并且滿足了盡可能不擾動下游右岸水陽坪滑坡體的要求。

皂市水利樞紐泄洪消能建筑物水力設計根據壩址水文特性、規劃要求及工程地形、地質條件,采用表底孔相間布置聯合泄洪、表孔寬尾墩底流出流-底孔射流-消力池聯合消能的泄洪消能型式,適應了五峰暴雨區洪水陡漲陡落、水位變幅大、泄流量大及消能區地質條件差等特點,成功地解決了中水頭、大單寬流量、低佛氏數消能問題,為盡可能地不擾動下游右岸水陽坪滑坡體創造了條件。