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我国水力发电现状和发展
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2010年第3期(总第3期)：来自大西北的水电技术信息
科技信息资料 2010 年第 3 期 总第 3 期来自大西北的水电技术信息――《泄水工程与高速水流》2010 年会资料院信息档案馆 2010 年 12 月 8 日编者的话“泄水工程与高速水流”2010 年年会于 10 月 15 日至 19 日在西安召开， 到会代表 56 人。除大会交流外，还参观了东道主――中国水电顾问集团西北勘 测设计研究院工科分院水力学试验研究所， 并花一整天时间赴安康市参观了由西 北院设计建成的灯泡式机组厂顶溢流蜀河电站。 从丰富多彩的会议交流内容中，我们精选了几例具有国内首创意义的技术 信息，供大家参考。本期内容尚可从我院内网上查询，希广为利用。院信息档案馆目编者的话 1、蜀河水电站录――我国首座大型灯泡贯流式机组电站厂房顶溢流工程建成投产 2、堤岸防护裙台 ――一种新型岸坡防护设施 3、我国首座坝高 250m 级拉西瓦拱坝反拱水垫塘建成投产 4、国内外先期建成的拱坝反拱消力池工程实例 5、欧阳海拱坝下游冲刷坑动水压力测量的初步分析 6、公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结 7、竖井旋流泄洪洞的水力设计 8、泄水工程与高速水流 2010 年会论文目录蜀河水电站――我国首座大型灯泡贯流式机组电站厂房顶溢流工程建成投产 大型灯泡贯流式机组电站――蜀河水电站厂顶溢流工程由中国水电顾问集 团西北勘察设计研究院设计并于 2009 年基本建成投产。 根据西北院同志现场口头介绍，并求助西北水科院同志查对（他们承担过该 工程水力学模型试验） ，该工程的基本情况如下： 蜀河水电站系汉江干流安康水电站下游梯级。最大坝高 66m，坝顶高程 230m，坝顶长 172.5m。正常高水位 217.3m ，相应库容 1.74 亿 m3。额定水头 19.3 m，装机容量 270MW（45×6） ，为大Ⅱ型工程。 百年设计流量 Q=30,000m?/S， 千年校核流量 Q=38,100m?/S； 年防护设计 50 Q=27,800m?/S。 泄洪闸位于右岸， 6 孔， 5 孔兼升船机， 共 第 进口高程均为 193.5m。 第 6 孔为右副坝表孔，进口高程 208m，孔口尺寸为 cm。厂顶溢流共 6 孔， 进口高程 196m， 孔口尺寸 cm。 为满足宣泄大洪水流量的要求， 左岸安装间下面还设了两个泄洪孔口，进口高程：内孔 196 m，外孔 208m。工 程总布置见图 1 和照片 1、照片 2。 下游立面：泄洪闸底板高程 193.5m，消力池底高程 183.5m，尾坎顶高程 189.5m，护坦高程 183.5m。电站尾水管出口高程 173.7m，孔口尺寸 1120× 1060cm。厂房下游底板高程 195m。下游立视见图 2。 据介绍，洪水洪量超过 5,000m?/S，厂房顶即参与泄洪，并且 2010 年洪水 季节，泄洪流量曾达到 20,000 m?/S，因此厂房顶已安全参与泄洪。 厂顶溢流的大体结构形式是： 孔口上游设平板钢门控制。闸后为混凝土抹面的平 底堰。堰底板实则是钢质梁板结构，四周设橡胶止水。平时混凝土平底堰覆盖在 厂顶上。机组 检修时， 则用桥机将混凝土平底堰吊起并移开。厂顶溢流结构可参见照片 3、4、5、6。 后记： 灯泡贯流式机组电站厂顶溢流，于上世纪８０年代在乌克兰第聂伯河 梯级上有过实践，但规模较小（单机 20 ＭＷ） ，并且泄流机会少。据了解，仅 过过一次水，水深不足１m。湖南省大源渡招标时，乌克兰水电设计院曾推荐采 用 6×20 MW，厂顶溢流泄洪方案。我方则坚持４×30 MW，厂顶不过流方案。 因此乌方方案未被采用。1陕西蜀河水电站厂顶溢流工程的建成投产， 掀开了我国采用灯泡贯流式机组 厂顶溢流的序幕，起点高，规模大，很有借鉴意义。照片 1：右岸 6 孔泄洪闸，左岸厂房照片 4：厂顶溢流孔的上游闸门开启照片 2：左岸 6 台机组兼厂顶溢流，安装间 下面设 2 孔溢洪闸照片 5 厂顶溢流板底面结构系钢质梁板结 构照片 3：厂顶溢流上游平板门控制，闸门后 为厂顶溢流板（照片中亮光处为灯光反射）照片 6：厂顶溢流板起吊后可见四周为橡胶 止水234图 3 厂房剖面图（机房顶溢流）5堤岸防护裙台――一种新型岸坡防护设施堤岸防护裙台是西北农林科技大学（原水利部西北水利科学研究所）张志恒教授 级高工于 1993 年开始研究应用，1994 年 6 月获国家专利（专利号 ） ，并于 1997 年获“陕西省专利一等奖” ，1998 年 12 月经国家科技部批准列入《 “九?五”国 家科技成果重点推广计划指南项目（五）（编号 A）中。 》 1、基本原理 堤岸防护技术是一个既古远而又现代的水工科技课题。就国内外发展现状而论， 防护材料虽有较大更新，但主导策略却仍囿于被动防护的发展水平上，即依靠材料的 强度来抵抗水流的冲击，是一种被动的防护策略。 “堤岸防护裙台”专利技术的突出之 点在于一改长期以来被动防护的传统思想为对水流因势利导，借助水流自身的力量形 成自动保护堤岸基础，免受冲深，是防护工程治理策略的一种创新。上述两类防护设 施的不同水力特征及冲淤效果示意于图 1。图1常规护岸和护岸裙台的水流结构及冲淤形态示意图2、工程应用实例及效果 1993 年以来，此项专利技术已先后应用于多个工程，一般可使堤岸基础洞减浅冲 深 50～80%。例如陕北窟野河神木电厂防护大堤（1993 年） ，堤长 4.5km，实施以来至 今运用情况良好。新疆乌鲁瓦提水利枢纽下游消能区于 1996 年分两段加设裙台。1#裙 台设于冲砂洞出口岸坡，长 65m，用以防护泄洪洞扩散出流导致的回流淘刷；2#裙台设 于溢洪道出流对应的左岸岸坡，长 95m，用以防护水流的顶冲破坏，经试验预估，可减 小岸边淘刷深度 43～64%。宝鸡峡水利枢纽于 1997 年在左底孔出口南大墙凸出部位分6两段加设裙如，第一段长 35m，顺墙布置；第二段向左偏折，长 20m。试验表明，加设 裙台使该部位淘刷深度减浅了 44～55%，最大冲坑位置较原工程外移了 30m。 黄河李家峡水电站泄洪消能特点为水头高，能量集中，岸坡陡峻，河道狭窄，左 岸为大范围滑坡体，稳定性差。运行工况跨度大，泄洪流量变差达 12.7 倍。 1996 年经水工模型多方案优化筛选， 最后提出的裙台形式为： 沿左岸护岸长 240m 范围内，分三段设裙台，第一段长 50m，第二段长 80m，第三段长 90m，各段体型、尺 寸见图 2。各段之间分设 10m 长的过渡段。通过 19 组试验显示： （1）由于裙台的作用，岸边最大冲刷高程普遍有所抬高，一般情况下冲坑减浅 30～70%。 （2）除个别组况外，加设裙台后冲线高程上升，表明裙台适应性良好。 （3）加设裙台后，深槽普遍外移 10～15m。 （4）左岸加设裙台后，随着整体冲淤程度的改善，右岸冲深也相应减浅 0.6～ 1.5m。 裙台在李家峡水电站已成功运行十余年，表明该设施应用于岸坡防护工程是切实 可行的。 3、推广应用前景 由上述几个工程实例可以看出， 紧接泄水建筑物下游， 尽管都做了消能防冲调控， 但余能还是难于避免，并且水流能量往往分布不均，遭致对岸坡和中导墙基础的淘刷。7另外，在水流和不同形状、不同介质的岸坡的相互作用下，河床的平直段较少，往往 蜿蜒弯曲，致使凹岸当冲，凸岸回淤，如此恶性发展，洪水来临时很容易导致堤防垮 塌，洪水泛滥成灾。 我国是一个洪涝灾害频发的国家。每当汛期，国家要投入大量人力物力来进行防 洪抢险，以保证经济建设的正常运行和人民生命财产的安全，而防洪安全的关键在于 确保各级各类堤坝的稳定，避免淘底崩岸造成堤防失事。 “堤岸防护裙台”专利技术正 是变被动为主动，变应急防护为长治久安，从而确保岸坡稳定的重要措施。若在大江 大河治理、城市防洪以及各类水利水电工程下游岸坡防护中推广应用，将会取得巨大 的经济和社会效益。 “堤岸防护裙台”技术虽在一些工程中推广应用，取得了较好的效果，也积累了 不少经验，但是还不能用数字解析，尚需通过物理模型加以比选和优化。建议结合工 程实践进行探索，以促进护岸技术的不断进步。8中国水电顾问集团西北勘测设计研究院设计我国首座坝高 250m 级拉西瓦拱坝 反拱水垫塘建成投产1、背景 随着我国水电设计、施工技术的发展，200m 及以上的高拱坝相继建成或正在建设 中。随着坝高和泄量的增加，泄洪消能问题更加突出。特别是高山峡谷区，由于泄洪 宽度的限制，泄洪水舌横向不易拉开，造成冲击动水压力大，单位体积承受的泄洪功 率高等一些对消能设计不利因素。在挑流、跌流消能设计中，若自然水垫厚度不足， 坝址基岩完整性较差或裂隙发育，岸坡冲刷威胁拱座和边坡稳定时，采取的工程措施 为设二道坝和人工水垫塘。 人工水垫塘的断面型式，现已建成或大多数工程中基本采用平底梯形断面，水垫 塘底板主要依靠水垫塘底板自重和抗浮锚杆保证底板的抗浮稳定性。工程经验证明， 对于平底梯形断面水垫塘，为了保证其底板的抗浮稳定性，必须增加底板厚度和锚固 量。锚固效果还受基岩质量、脉动荷载作用等的影响，抗浮稳定安全度不高。 2、拉西瓦坝址区特点 拉西瓦水电站是黄河干流紧接龙羊峰峡之后的第二个梯级，电站总装机 4200MW。 双曲拱坝高 250m。坝址区河谷狭窄，平水期河面宽度 45～55m。两岸边坡陡峻，坡度 约 70°～80°，高差近 600m。两岸山体裸露，基岩陡壁卸荷带深 5m～15m。弱风化岩 体水平深入岸里 10m～20m。水垫塘最底处于中偏高地应力环境场中，应力集中区在河 谷底部和两岸坡脚地带，主压应力一般可达 33MPa，局部达 42～56MPa；剪应力一般可 达 7.33MPa，局部达 16MPa。应力集中带分布为宽约 300m～350m，深约 150m 的椭园形。 岸坡表部为应力松弛带，最大主压应力量值多为 1MPa～4MPa。 经调洪演算和多方案比较，拉西瓦最大下泄流量为 6310m3/s ，采用 3 个表孔+2 个中孔+1 个底孔泄洪，最大落差 210m，泄洪功率为 12984MW，单位水体消能率要求达 到 26kW/m3。此外，由于受地形、地质条件的限制，拉西瓦水垫塘长仅 218.27m，下游 最大水垫深度仅 32.25m，水垫塘具有“窄、短、浅”的特点。 3、拉西瓦水垫塘型式比选 国内已建和在建 200m 以上高拱坝的情况（见表 1） ，二滩、小湾、溪洛渡、构皮9滩、锦屏一级等，均采用传统的坝后平底梯形水垫塘消能，其单位水体消能率均在表 3-1 工程名称 坝高（m） 国内 200m 以上高拱坝泄洪消能特性表 下泄流量 3 （m /s） 23900 （16500） 20572 （15260） 29100 （25710） 52300 （30903） 13310 （10074） 泄洪功率 （MW） 39000 （26600） 46400 （33900） 41690 （37800） 95000 （55960） 30000 （22666） 泄洪消能方式落差 （m）二滩240166.37 表+6 中孔+2 底+2 洞 水垫塘 5 表+6 中+2 底+1 洞 水垫塘 6 表+7 中+2 底+1 洞 水垫塘 7 表+8 中+5 洞 水垫塘 4 表+5 深+1 洞 水垫塘 3 表+2 中+1 底 水垫塘小湾292278构皮滩232.5150溪洛渡278188.5锦屏一级305225拉西瓦250210（6310）（12984）12.30kW/m3～15 kW/m3 之内（小湾 12.3 kW/m3，溪洛渡 12.88 kW/m3，构皮滩 13.5 kW/m3， 二滩 13.5 kW/m3，锦屏一级 13.1 kW/m3） 。 提西瓦水垫塘采用何种断面形式为优，对此中国水电顾问集团西北勘测设计研究 院曾对平底梯形断面和反拱形断面做过仔细比较和论证（见图 1 和图 2） 。 （1）从地形地质条件上，他们认为：如果采用平底水垫塘，为了达到消能所需 消力塘宽度和水体体积要求，不但因削去了一部分基岩，增加坡面高度，更严重地触 及了坡脚高应力集中区，对边坡稳定较为不利。 （2）从两种断面形状的水力学特性分析，由于反拱体型坡脚平滑，使其横向水 流也平滑过渡，流态相对平底水垫塘平稳。对于平底水垫塘，水垫塘越深，衬砌边坡 越陡，泄洪时边缘转角部位水流强烈紊动，水垫塘坡脚处冲刷破坏愈严重。相比之下， 反拱水垫塘底板高程沿横向逐渐提高，水垫深度适当减少，适应拱坝泄洪的向心作用 和底板荷载，在溢流中心大，沿横向逐渐衰减的规律。10图 1 平底水垫塘方案图 2 反拱水垫塘方案（3）从工作机理、破坏机理及稳定性方面比较：反拱水垫塘拱结构相对平底水 垫塘而言，其结构工作机理在于将平底底板在上举力作用下的上浮稳定转变为通过拱 结构传力到人工拱座后拱座的抗滑稳定。经研究，相对平底水垫塘底板锚固件锚筋单 独受力特性，反拱水垫塘底板锚固件锚筋与拱结构联合受力。研究证明，拉西瓦反拱 水垫塘的承荷能力是同等水力条件的平底水垫塘的 3 倍；单块板可承受自身重量 3～411倍上举力。反拱水垫塘破坏性试验、计算研究表明，反拱水垫塘板块间的缝隙大小是 影响拱结构形成的主要原因。反拱水垫塘破坏机理为引起反拱水垫塘破坏的决定因素 是整体稳定而引起整体拱破坏的关键是拱座的稳定。如果拱座稳定，拱的体型合理， 整体不会破坏。试验还证明，反拱水垫塘的冲击动水压力控制值可取为 30m 水柱，可 不受惯用的（平底池）15m 水柱的限制。 （平底池 时模型测得提前发电渡汛水位 2430m 时最大冲击 动水压强为 26.35×9.8kPa） 。 4、拉西瓦反拱形水垫塘结构型式 经过比选和详细的设计计算，最终选定拉西 瓦反拱形水垫塘的结构形式如图 2 所示。施工完 建后的反拱形水垫塘见照片。 详细结构计算的方法和成果，参见中国水电 顾问集团西北勘测设计研究院： “拉西瓦水电站反 拱水垫塘设计” 。 5、结语 拉西瓦拱坝高 250m，最大泄洪流量 6310m3/s，单位水体消能率 26.0kW/m3，和已 建和在建 200m 及以上的拱坝工程来讲，采用反拱形水垫塘消能，处于高水平。国外已 建同类工程，如西班牙的苏斯盖达（坝高 145m，最大泄流量 2800m3/s）和原苏联（现 格鲁吉亚）的英吉里（坝高 272m，总泄量 2950m /s）与之相比，也略有逊色。可以说， 拉西瓦拱坝反拱形水垫塘是目前世界之最。它的建成和顺利投产运行，无疑将为同类 工程建设提供最为宝贵的经验，很具借鉴意义。312国内外先期建成的拱坝反拱消力池工程实例编写：艾克明 拱坝多建在“V”形或“U”形河谷中，平底消力池的缺点之一就是岸坡有时需要 切坡。对于 200m～300m 级的高拱坝，岸坡还承受着巨大的地应力集中，切坡不但增加 了开挖量，而且有影响岸坡和坝肩稳定的弊端。而从坝顶下泄的水流，一般都具有向 心集中的特点，使池内的单宽流量和水深分布不均。中间流量大，两侧流量小。为适 应上述水流特点及有利于出池水流与下游河床的衔接， 世纪 60 年代以来又发展了一 20 种“反拱消力池” ，即从垂直于坝中线的剖面来看，消力池呈反拱形，中间深，两边浅， 直到与两岸山体平顺相接。由于消力池的护坦采用反拱结构，摆脱了一般护坦设计遵 循的重力式梁板设计的准则，这就减薄了护坦的厚度，可为工程带来节约，上世纪 60 年代以来，国内外建成的反拱消力池的工程实例，可列举如下：一、西班牙的苏斯盖达（Susqueda）拱坝的反拱消力池[1]苏斯盖达双曲拱坝高 135m，坝顶长 510m。 坝顶设 7 孔溢流堰 （图 1）全长 120m， ， 堰 顶 水 深 4.6m ， 相 应 单 宽 流 量 为 213m3/s.m， 总泄量 2800m3/s ， 由于坝基由 花岗玢岩侵入风化较剧的基性岩（闪长岩 等）组成，裂隙相当发育，因而在坝趾下 浇了 12 块混凝土保护板。 下游并设 14m 高 的二道坝维持池内水深。池底板呈园弧形， 厚 1.5m， 每块用 12～20 根预应力锚索， 锚 固在基岩中，锚固深度 35m。每根锚索有 8 根φ14 钢缆，加预应力 200t。底板接缝的 基础面上， 设有纵横排水管道， 间距为 15m。 此外还设置了 10 个扬压力观测仪，以掌控 池底渗透压力情况。工程自 1968 年建成至 今，未发生事故或损坏。13二、原苏联（现格鲁吉亚）英古里拱坝反拱消力池[1]英吉里（ИНГУРИ）双曲拱坝坝高 272m。坝顶中央设 6 个溢流孔（图 2） ， 每孔宽 18m，水头 3.5m，泄量为 2000m3/s，采用短悬臂挑坎将水舌跌落在下游反拱消 力池上，另外，坝身还设有泄水中孔，泄流量 950m3/s。表孔单独运行时，入池单宽流 量约为 16m3/s.m；中孔和表孔同时泄洪时，入池 q≈24m3/s.m。图 2 英古里拱坝反拱消力池英吉里坝址处的基岩为灰岩、 白云岩， 但反拱消力池下部的砂卵石并未完全清除， 即消力池底板座落在砂卵石基础上。其次，反拱消力池整体上虽呈拱形，但消力池底 板外表上呈台阶形，工程自 1977 年建成至今尚未收到异常情况的报导。三、湖南长潭岗：我国首座拱坝反拱消力池[2]长 潭 岗水电站是湖南省凤凰县境内的一个浆砌石拱坝工程。拱坝最大坝高 81.60m，采用带折流墩的短悬臂挑流消能。校核洪水最大泄流量 1936m3/s。该工程于 1990 年开工，1994 年首台机组发电。但由于溢流坝弧门未及时安装，溢流坝长期处于 无控泄流状态，坝趾产生严重冲刷。为此，建设单位决定对坝下河床进行混凝土防护， 形成坝下水垫塘。曾研究过梯形水垫塘（即平底板）方案，并进行水工模型试验。试 验过程中发现，水垫塘底板上水流冲击压强（时均）超过 250kPa（规范为 150kPa） ， 底板稳定存在问题。因此决定采用反拱形水垫塘。通过模型试验及结构计算，确定了 设计方案及体形尺寸。工程于 2000 年 12 月开工，2001 年 6 月完工。 长潭岗坝址区两岸对称，基岩裸露，两岸坡度为 45～50°。坝址处有一顺河向断14层带，总宽约 61m。断层带内由角砾岩带、破裂岩带、岩块及陡倾角断裂面组成。裂隙 发育。 坝顶中央布置 4 孔溢流坝，堰顶采用 WES 曲线：堰顶高程 392.00m，每孔宽 10m， 用半径 R=6m，高 6m 的弧门控制。水库正常蓄水位为 398m。 水垫塘主要建筑物包括反拱形底板，两岸护坡及两岸重力式挡土墙。 反拱形底板位于坝下 0+036.00～0+081.00m，共分三块，每块宽 15m。在底板接 缝处底部设δ=1.2mm 紫铜止水片， 于拱端插入基岩 0.5m。 上部缝内用塑性止水材料 （如 橡胶或热沥青）填满。剖面轮廓呈园形，内半径 R=30m。矢高 f=6m，以拱坝对称线为 中心左右对称布置，半中心角β=36.8699°，径向厚度 1.10m。反拱形底板上、下游各 12m 宽为过渡段，向两岸延伸与反拱形底板拱端齐平。 为防止两岸淘刷和保证拱座稳定，自拱坝下游面至坝下 0+093.00m 设置护坡。每 侧护坡各分 6 块，每块间伸缩缝用二毡三油填充。护坡下端与反拱形底板拱端与永久 缝相连，护坡坡度为 1:1.0，顶部高程 331.00m。两岸重力式挡土墙位于护坡顶上，墙 顶高程 335.00m。 长潭岗消力池反拱形底板平面图、剖面图及锚筋布置图见图 3、4、5。图 3 长潭岗消力池反拱形底板平面图 15图 4 长潭岗消力池反拱形底板剖面图图 5 长潭岗消力池反拱形底板锚筋布置图为了总结长潭岗拱坝反拱形消力池的设计施工经验，为我国大型工程参考，中国 水电顾问集团中南勘测设计研究院和天津大学共同承担了《长潭岗拱坝水垫塘观测研 究》项目。并就（1）反拱形水垫塘设计与施工； （2）反拱形水垫塘原型观测； （3）模 型试验反馈分析和（4）反拱底板非线性静、动力分析等内容编制了研究报告。 （详见 文献[2]） 长潭岗水垫塘的流态及二道坝下游流态尚可参见原型照片 1、2。16照片 1 长潭岗反拱消力池的流态照片照片 2 长潭岗反拱消力池二道坝流态照片四、欧阳海拱坝反拱消力池 [3]1、概述 欧阳海水利枢纽工程位于桂阳县境内，地处湘江支流舂陵水中游的大滩峡谷， 距耒阳县城 54km。 枢纽工程由大坝、二道坝、引水式电站、 斜面升船机及左右岸灌溉渠首组成。大坝为 砼双曲拱坝，坝基为巨环班黑云母花岗岩。 坝顶高程 134m， 最大坝高 58m， 坝腰高程 114～ 121m 开设 5 个大孔口（高 7m×宽 11.5m）泄 洪。设计最大泄洪流量为 6090m3/s，相应孔 口单宽流量 105.91m3 /s.m，采用挑流消能。 主坝下游 180m 处，设二道坝，为单曲污工溢 流拱坝。溢流顶高程 92m，最大坝高 16m。照片 3水库正常蓄水位 130m，总库容 3.26×108 m 3 。装机容量 36MW，是大（Ⅱ）型 水利工程。工程完建于 1972 年（见照片 3） 。 2、加固缘由及方案优化过程 限于当时的条件，坝下未设消力池。经 30 多年运行，左右岸坡在渲泄洪水时17遭受冲刷，曾出现崩塌。最大泄流量为 2550 m3/s 时（2002 年为 3500 m3 /s） ，冲 刷坑底部高程已达 74.4m，即冲深 6m 左右。 据 1969 年本工程设计阶段的水力学模型试验论证，设计工况（100 年一遇洪 水） ，库水位 130m，渲泄设计流量 5300 m3 /s 时，冲刷坑最低点高程为 69.18m； 校核工况（1000 年一遇洪水） ，高水位是 133.4m，渲泄 6090 m3 /s 时，冲刷坑最 低点高程为 65.32m。 1999 年大坝安全鉴定时，经地勘工作查明，左岸存在断层 FA1 ，产状为 32°～ 38°/SE∠71°，F A2 碎裂隙面 4 组，即 FA2-1 、FA2-2 、FA2-3 和 FA2-4，产状为 32.5°/NE ∠20～25°，倾向河床，在河岸出露高程为 75m。同时岸坡顺流向倾角节理发育， 对拱肩稳定极为不利，需加固处理。 考虑到设计情况下冲刷坑将继续加深，F A2 组破碎裂面将切断坡脚，形成临空 面，影响左岸拱肩的抗滑稳定。为此 2000 年曾完成加固初步设计，经上级部门批 准，采用预应力锚索加固。2003 年技施设计中，考虑预应力锚索量多，布置及施 工难度大，补充作了预应力锚索和水垫塘反拱护底联合作用的加固方案，以减少 预应力锚索工程量，并被批准实施。 3、加固优化方案的总布置 （1）在左岸 FA1 的上游段高程 97.0m、103m、109m，布置 4 排（高程 97.0m 两排）300t 级预应力锚索，共 30 孔，孔距 3.0m，孔底以穿过 FA2～4 破碎面为原 则，孔深为 30～50m。 （2） 砼反拱为二次抛物线形，结合原有砼衬护宽度，拱跨径 30m，矢高 4.0m， 长 80m（桩号 0+30～0+110） 。考虑不开挖和少开挖和抗冲防浮，最小拱厚 3.0m， 抛物线顶点（砼表面）高程为 79m。 顺水流方向，在拱坝中心线桩号 0+40～0+80m 抛物线顶点呈水平段，向上游 0+40～0+30 和向下游 0+80～0+110 为直线斜坡段。0+30 和 0+110 抛物线顶点高程 分别为 81m 和 80m。平面布置见图 6，剖面布置见图 7。18图6欧阳海拱坝反拱消力池平面布置图图7反拱消力池剖面图 19锚筋布置： 10m2 布置一根， 每 深入岩基有效长度 6.0m， 每根锚筋受力 （5-5tm 3 ×10m2 ）=55t。 在计算中考虑了 F A1 传力，故对 FA1 断层进行了固结灌浆处理，并对 FA1 至 F7 之间的山体稳定进行了校核。 4、水力学模型试验 由于采用反拱消力池防冲和加固拱肩，在国内外尚不多见，其水力特征及其 相关设计参数尚缺少可借鉴的资料，因此在设计时，除了多方案分析比较以外， 还需依赖水力学模型试验验证，并提供设计依据和计算参数，业主曾委托湖南省 水电设计院水科所进行了工程试验，成果见《湖南省欧阳海拱坝下游冲刷坑除险 加固工程水工模型试验报告》 [4] 。试验成果简要说明如下： （1）加固的砼反拱为二次抛物线，体形较现有冲刷坑形态规则、顺畅，从测 得的流速看，在相同条件下，加固后在桩号 0+80 的冲击区比加固前流速降低了 9.5%；加固前 0+60，流速为 17.7～20.12m/s。加固后为-2.64～15.5m/s。在主冲 击区，流速显著减小，说明加固后消能防冲效果是好的，反拱体形是合理的。图8中孔水舌轨迹及动水压力变化图20（2）加固后，在设计条件下，从桩号 0+60～0+140 一段，中心线流速变化在 7.89～15.29m/s 之间。最大流速发生在 0+100 处，这样的流速是加固后的砼反拱 可以承受的。若没有其他因素，水流不会造成砼反拱的破坏。 （3）加固前水舌冲击区的最大动水压力在 80～180KPa 之间，加固后下降到 60～100KPa 之间（见图 8） ，小于一般公认的安全值 150KPa，说明反拱体形是合理 的。 （4）试验提供了反拱的水力设计参数，在设计条件下测得的最大点脉动压力 为 10.68t。 5、有限元应力分析 平底消力池的受力特征是靠砼块的自重和锚杆联合受力来抵抗渗透压力和上 部的动水压力。反拱消力池的受力特征是靠拱的自重和锚杆联合受力来抵抗渗透 压力与上部动水压力。拱的受力是整体的，它将受力由拱圈传送给拱座，拱座的 稳定决定着整个反拱消力池的稳定性。反拱的设计原则如下： （1）砼反拱必须承受山体的剩余滑动力。 （2）泄洪时应能承受动水压力作用。 （3）满足强度和抗浮稳定要求。 （4）砼表面宜连续、平整、光滑。 共拟定 5 种不同工况进行了有限元应力和位移分析、计算，得到以下结论（以 0+50 截面反拱δ=3m 及其基岩作为应力分析对象） 。 （1）反拱曲向方程设计合理， 拱身应力分布梯度小，受力均衡，拱身均处 于压应力状态。反拱上部应力值为 0.1MPa（压）左右，未出现拉应力，说明选择 反拱厚度δ=3m 是合理的（见图 9） 。 （2）拱座处于下拉上压工作状态，最大压应力发生在工况 5，左拱座上边缘 σ 2=3.4MPa，小于 C25 砼抗压强度设计值（f c=12.5MPa） ，并小于岩石的抗压强度 （60MPa 以上） 。唯左、右拱座下部均有一些拉应力，σ 1=1.8～2.0MPa,大于 C2521砼轴心抗拉强度(fc =1.3MPa)。为此，应在拱脚附近适当增加锚筋，以消减应力峰 值，并将拱身砼标号提高到 C30（f c =1.5MPa） 。图9有限元应力分析图（3）位移情况：无论何种工况，拱身位移向上，同时向右有微小位移，这是 由于向上何载大于向下荷载，同时受到左岸山体下滑推力作用影响，致使反拱同 时向上和向右位移。总的位移值都非常小。 6、结语 欧阳海拱坝采用反拱形消力池与锚索联合作用进行除险加固，在国内的大型 工程中尚属首例。工程已于 2003 年施工并投入正常运行，它的设计施工经验对于 同类工程很有借鉴意义。22参考文献： [1] 艾克明，拱坝泄洪与消能的水力设计和计算，水利电力出版社，1987 年 8 月 [2] 中国水电顾问集团中南勘测设计研究院、天津大学，长潭岗拱坝水垫塘观测研究 报告，2005 年 7 月 [3]水利部，湖南省水利水电勘测设计研究院，湖南省欧阳海水库除险加固工程优 化设计专题报告，2003 年 3 月。 [4]水利部，湖南省水利水电勘测设计研究院科研所，湖南省欧阳海拱坝下游冲刷 坑除险加固工程水工模型试验报告，2002 年 8 月。23欧阳海拱坝下游冲刷坑动水压力测量的初步分析艾克明 欧阳福生 宋 平[提要] 本文对欧阳海拱坝下游现状冲刷坑的动水压力分布状况进行了测量并对加固方案的 最大时均压强和脉动压强做了分析，获得了初步的经验关系式。1. 工程概况欧阳海水利枢纽位于湘江一级支流春陵水，以灌溉、发电为主，工程建设于上世纪 70 年代初。挡水建筑物为双曲拱坝，坝顶高程 134.0m，坝底高程 76.0m, 最大坝高 58.0m。坝 顶弧长 243.0m, 设 5 孔尺寸为 11m×7m 的大孔口泄洪, 孔底高程为 114.0m, 采用挑流消能。 为了消能防冲，在坝下游 180.0m 处建有砌石拱坝作二道坝, 坝高 16m, 坝顶高程 92.0m。 1000 年校核洪水位 133.4m, 大坝 100 年设计洪水位为 130.0m, 相应泄流量为 5330m /s； 相应泄流量为 6090m /s。 （ ， 工程建成运行以来， 最大泄流量为 2550m /s 发生于 1975 年） 最大冲深点高程为 74.5m, 最大冲深为 6m（从原地面高程 80.5m 算起）。 由于河床狭窄，两边岸坡陡峭，岩石节理裂隙发育，并且沿左岸有一软弱夹层深入冲刷 坑底，若遇大洪水，冲刷坑深度将远远超过 6m，这样势必影响坝脚和两岸拱坝坝肩的安全 稳定。为此，进行了水工整体模型试验，为冲坑护砌加固设计提供依据。3 3 32．动水压力观测模型长度比尺为 1:80。用玻璃测压管量测冲刷坑底板的动水压力，光电流速仪测量模 型流速。2.1 现状冲刷坑的动水压力测量依据 2002 年 4 月实测冲坑地形图，作成定床，并在冲坑范围内安装了 16 个测压管，测 量动水压力。 对上游水位 130m，中央三孔全开以及上游水位 130m、131.15m、133.4m 和 143m（未来 可能加高大坝的洪水位）5 孔全开共 5 种工况，每测点的最小（Pmin）和最大（Pmax）动水压 强进行了观测，获得了趋势上基本相同的动水压力分布规律，其代表性成果见图 1。 由图 1 可见： 动水压力的最大值点均分布在主水舌跌落区内， 靠近两岸动水压力强度变 小。水舌后缘至坝脚下游一带，水位高于下游尾水位，后缘水舌部位水面呈倒坡，因此该部 位的动水压力 P 低于坝脚处水深。水舌跌落至河床以后水流局部收缩，动水压力随之局部下 降，迄至旋滚区以后，动水压力又稍有回升。再往下游，动水压力线与静水位线趋于一致。 从图 1 还可看到动水压力的差值 Pmax-Pmin 也以水舌跌落区为大，水舌的上游以及靠近两岸随本文原载《泄水工程与高速水流》2004 年 6 月，吉林人民出版社。 24之变小。 随着库水位升高，跌落点下移，但动水压力分布的规律基本不变。H(m) 124 114 104 98.43 94 84 1 74 0 8 16 24 2 32 3 40 4 48 5 56 6 64 72 80 S(m) 河床纵剖 面线尾 坎 末水冠轨迹 压力 线孔口开启情况 上游水位 五孔全开130下游水位流量 (m 3/s) .0298.02水面线横断面 124 压力变化图H(m) 测点 1 2动水压力值3 4 5 6 8单位 :m水柱 10 11 12114 Pmax -4.39 104 94 84 Pmin -5.99 0.41 4.41 7.61 -2.87 0.81 6.41 7.21 8.41 -2.63 1.37 8.25 12.73 0.17 2.73 10.81 11.21 14.01 2.81说明:1 #,2 #,3 #,4 #,5 # # ,6 为压力管编号右-24 -16 -874 0 8 16 24左横断面为水舌落水处的横断面图1 中孔水舌轨迹及动水压力变化图2.2 加固方案动水压力测量依据设计，自距坝轴线下游 30m 处至 110m 处为止，按抛物线的断面形状，用钢筋混凝 土沿程护砌加固。模型据此进行了相应改造，并在 0+40～0+80m 区间的底板上重新布置了 16 根测压管。 加固方案各种工况的动水压力测量成果见附表 1、附表 2。成果表明，各工况的动水压 力分布规律与现状冲刷坑条件下的动水压力分布规律一致，最大动水压力 Pmax 及最大动水压 力变幅 Amax 均在水舌跌落区内。 在加固方案的动水压力观测中，分别 4～6 次观测和计算了时均动水压强 P 和压力脉动 均方根值 P 2 。 成果表明，动水压力最大变幅值 Amax=Pmax-Pmin=(2.60~3.45) 一些文献上推荐的数值 Amax=3~4 P 2 相近。[1] [2]P 2 ，平均为 3.01 P 2 ，与计算成果见附表 3。3. 最大时均压强及脉动压强分析如图 2 所示，在冲击区内，主流因受床底的折冲，流速迅速减小，压强急剧增大。随着 下游水垫深度 H1 的增大，最大时均压强 P 和脉动压强的最大变幅 Amax 急剧减小，沿河床底部 脉动压强的分布趋向均化。25欧阳海拱坝采用大孔口泄洪，挑流消能。五孔全开时，8 种工况所测水舌跌落区 5 点最 大时均压强 PH 1 2 ρU 0 = f ( 1 ) 的关系整理于附表 2 H3，并点绘于图 3。由图可见，同一泄流工况下，随着下游水深 H1 的增大，最大时均压强 P 迅速减小。其经 验关系大致可表示如下： P 1ρU 2 = ?4.57 H 1 + 6.30 02 H(1)式中ρ为水的密度, 其他符号见表和图 2。 对于 Amax 值，可用下式整理，即 A max = f (u 0 , H1 , q, ρ , g) (2)其中 q 为入水单宽流量。由量纲分析，并把 u 0 = ψ 2gH 引入式⑵，可得：A max2 γ 1 = ψ ? H ? f ( gH 3 ) 1q2(3)式中Ψ为流速系数，γ为水的容重。 由于 A max = (3 ~ 4)σ p （其中 σ p = P 2 ）2 也存在： σ γ = ψ 2 ? H ? f ( q ) p 3(4)gH 12 加 固 方 案 五 孔 全 开 8 种 工 况 水 舌 跌 落 区 的 A γ H ~ψ 2 ? q ? H 和 max 1 1 3gH 1 H 1σ p γ H1 ~ ψ 2 ?q 2 H 的关系计算一并列入附表 3, 并点绘于图 4、图 5。 ? 3 gH 1 H 1由此可以获得脉动压强的最大变幅的均方根值的经验关系如下：A max γ 1 H1 = 3.38ψ 2 ? q2 H ? + 1.15 3 gH1 H1(5) (6)σ p γ H1 = 1.2ψ 2 ?q2 H ? + 0.37 3 gH1 H1264. 结语（1）、现状冲刷坑和护砌加固方案的最大时均动水压力 P 、动水压力最大变幅值 Amax 和 脉动压力的最大均方根值 P 2 均发生在水舌直接跌落区内。 （2）、同一种泄流工况下，随着下游水位的升高， P 、Amax、 P 2 值均相应减小。 （3）、 A max = Pmax ? Pmin 大致等于（3～4）σpmax。 ′ ′ （4） 最大时均动水压力 P 、 、 动水压力最大变幅值 Amax 和脉动压力的最大均方根值 的初步经验关系，可供类似工程研究参考。P227参考文献[1] 刘沛清主编， 泄水建筑物消能防冲论文选集―纪念冬俊瑞教授逝世一周年， 中国科学技术出版社， 2000 年 9 月。 [2] 王继敏等，反拱型水垫塘水力特性研究，97 年全国大中型水工水力学学术讨论会论文集，1997 年 11 月。28第３４卷第１期２００８年１月水力发电文章编号：０５５９―９３４２（２００８）０１―００７５－０４公伯峡夕卜电站旋流泄洪洞研究总结董兴林，杨开林，王涛，胡盂，冯宾春，郭永鑫（中国水利水电科学研究院。北京１０００３８）关键词：旋流泄洪洞；竖井；折流坎；起旋室；旋流洞；水垫塘；公伯峡水电站 摘要：中国首次建成的公伯峡水电站旋流泄洪洞已通过了原型观测和专家会议验收。就此，对该泄洪洞的试验研究进行了总结，重点说明３个问题：①公伯峡水电站为什么采用旋流泄洪洞；②旋流泄洪洞存在的水力学问题及解 决办法；③怎样优化设计旋流泄洪洞，并提出旋流泄洪洞设计方法，可供设计科研参考。Ｒｅｖｉｅｗ ａｎｄＳｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎ ｔｈｅ Ｓｗｉｒｌｉｎｇ Ｓｐｉｌｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｇｏｎｇｂｏｘｉａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｘｉｎｇｌｉｎ，Ｙａｎｇ Ｋａｉｌｉｎ，Ｗａｎ Ｔａｏ，Ｈｕ Ｍｅｎｇ，Ｆｅｎｇ Ｂｉｎｃｕｎ，Ｇｕｏ ＹｏｎｇｘｉｎｏｆＤｏｎｇ（Ｃｈｉｎａ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅＷａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄ ＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００３８）Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｒｌｉｎｇ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；ｓｈａｆｔ；ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ，ｓｗｉｒｌｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ；ｓｗｉｄｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｕｓｈｉｏｎ ｐｏｏｌ；Ｇｏｎｇｂｏｘｉａ Ｈｙ．ｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｄ ｔｈｅｔｅｓｔｓｗｉｒｌｉｎｇｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｇｏｎｇｂｅｘｉａ ａｓｐｅｃｔｓｈｙｄｒｏｐｅｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｈａｄａｒｅｂｅｅｎ ｃａｒｄｅｄｏｕｔ，ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ａｐｐｒｏｖｅｄ Ｉｎ ｈｔｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｒｅｅａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｗｈｙｔｈｅｓｗｉｒｌｉｎｇ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｉｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｉｎ Ｇｏｎｇｂｅｘｉａ ｈｙｄｒｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ？Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｐｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｔｈｅｉｒｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆ ｔｈｅｓｗｉｒｌｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．Ｌａｓｔ，ｓｏｍｅ ａｄｖｉｅｅｓｏｎｈｏｗｔｏｏｐｔｉｍｕｍ ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆ ｔｈｅ ｓｗｉｒｌｉｎｇ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌｄｕｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｉｏｄ．中图分类号：ＴＶ６５１．３（２４４）文献标识码：Ａ公伯峡水电站已竣工投产，由右岸导流洞改建的旋流泄 洪洞，于２００６年８月进行了原型观测田．放水时间１ 泄量约１０５０ ｈ ５０ｒａｉｎ．如下： （１）旋流竖井泄洪洞。如采用沙牌式旋流竖井泄洪洞体 形，能全部保留城门洞形断面尺寸（１２ｒｅｘｌ５ｍ３／ｓ。原型观测同模型试验结果比较．除环形掺ｍ）不变。结构简气坎通气量和空腔长度大于模型值外。其他基本相符。没有 发生空蚀、振动和冲刷等异常现象，表明我国首次修建的旋 流泄洪洞是成功的。这是世界上第一个通过原型观测检验的 旋流泄洪洞。此外，还有印度特里（Ｔｅｈｒｉ）水电站修建了此类 型的泄洪洞，该电站于２００６年７月３０日正式投入商业运 营，但尚无旋流泄洪洞原型观测的报道。公伯峡旋流泄洪洞 自２００１年１０月开始至２００５年ｌＯ月进行了４年的研究．现 仅就研究中的经验教训进行总结，以供今后科研设计参考。单，但由于旋流竖井泄洪洞存在竖轴旋流空腔。致使竖井和 涡室的直径较大，分别需要１１ ｍ和１４ ｍ。这在地质条件很 差的情况下施工也比较困难。 （２）旋流泄洪洞。在竖井下通过起旋室连接旋流洞，其竖 井直径仅需９ ｍ。相对施工较易。但需要将一段城门洞形断 面的导流洞改成直径１０ ｍ圆断面的旋流洞。 （３）压力消能洞。在竖井下部采用收缩孔与导流洞断面 连通，并在下游４０１１２处的洞内再设置收缩孔构成一压力消 能洞。此方案结构简单，但约有１２０万ｋＷ的能量集中在消 能洞内，可能会对岩基产生强大的动力作用。影响导流洞结１公伯峡水电站为何选择旋流泄洪洞公伯峡水电站的泄洪洞原设计采用常规“龙抬头”式，但 在导流洞开挖过程，发现岩层裂隙发育、风化强烈，发生多次 塌方。考虑到“龙抬头”的斜洞在开挖过程可能会出事故．黄 河上游开发公司（业主）提出利用竖井代替“龙抬头”泄洪洞 的研究课题。根据公伯峡水电站水头１１０ ｍ、流量ｌ１００ ｍ３／ｓ、构的稳定性。 研究比较认为，旋流泄洪洞的竖井直径小，且水流在下 部洞内旋转分散消能，产生的动力作用小，适于恶劣地质条 件的施工，至于将一段导流洞改成圆形断面。虽然多用了一导流洞存在半径３６０ １２１的弯段、尾水位较低等特点，其右岸 泄洪洞主要有３种竖井方案可供选择。即．旋流竖井泄洪洞． 旋流泄洪洞和压力消力洞。在相同的条件下各方案的优缺点收稿日期：２００６－－１２―２７作者简介：董兴林（１９３卜），男，吉林东辽人，教授级高工，从事水利水电工程科研工作．Ｗａｔｅｒ ＰｏｗｅｒＶｏＬ３４．Ｎｏ．１困万 　 方数据水力发电２００８年１月图１公伯峡水电站右岸竖井水平旋流泄洪洞体形布置（尺寸单位：ｍ）些水泥和骨料。但增加了衬砌厚度，可以提高旋流洞结构的 强度和稳定性。因此我们推荐旋流泄洪洞设计方案，得到工 程业主和设计单位的认可。（２）竖井下部靠近旋流洞一侧用圆弧曲面同旋流洞连接， 将升坎圆化（见本文３．５）。此法要求圆弧半径≥１０ ｍ才能消 除负压．连接圆弧是变半径复合曲面。施工较复杂。 由于设计方要在起旋室和旋流洞内加钢板衬砌，不允许 有较大的结构改变，故上述措施没有采用，这就使消除负压 成为难题。后通过大量模型修改试验，最终将起旋室的导流 坎削坡．又在旋流洞的进口处加设ｌ道环形收缩坎（见图 １）．试验结果还存在６ ｋＰａ的小负压闻没有完全消除。实际 上．公伯峡水电站旋流泄洪洞最终施工没有采用钢衬。 ２．２掺气防蚀问题 因旋流洞进口处尚存在负压。为了避免发生空蚀确保工 程安全。专家会议确定。必须向负压区掺气。经研究在竖井上 部压力较低的１９６３２旋流泄洪洞存在的水力学问题及解决办法２０世纪９０年代俄罗斯罗贡闼和印度特里口ｌ水电工程进行 了旋流泄洪洞试验研究。中国水利水电科学研究院（以下简 称“水科院”）为公伯峡工程提出的旋流泄洪洞方案是，由堰 流进水口、竖井、起旋室、旋流洞、水垫塘和出水洞（原导流 洞）组成的ＩＩ一，在１：６０模型试验结果，未发现异常的水力学 问题．流态较好，出水洞段流速１３ ｍ／ｓ，总消能率８５％。经专 家会议讨论通过了此方案，并由水科院和西北勘测设计研究 院实验院两单位采用１：４０大比尺模型继续进行试验研究， 最后在此研究基础上南水利部西北所实验中心作了减压模 型校验．最终施工采用的方案如图ｌ所示。下面介绍试验中 出现的问题和解决的办法。 ２．１旋流洞进口负压问题 在１：４０比尺模型试验中发现：旋流洞进口段出现较大的 负压．主要发生在竖井水流转向旋流洞进口的升坎处。这种 负压可能引起空蚀，因此必须消除负压。消除旋流洞进口负 压可采取下述两种措施： （１）竖井下部设折流坎与起旋室连接，同时起旋室出口 收缩与旋流洞连接（见本文３．５）。折流坎能使旋转水流通过 升坎区提高压力，起旋室出口收缩也会增加压力．结果就能 完全消除负压，这种消除负压的措施简单、效果好。在本试验 和其他工程试验中都得到证实。ｍ高程处浇筑环形掺气坎。坎坡１：３、收ｍ缩断面直径７．４ ｍ。设计方结合竖井衬砌设５个直径０．６３的通气管（见图１）。模型试验结果，单孔通气量２０ ｍ３／ｓ，空腔 长度５．８ ｍ．原型实测掺气坎通气量和空腔长度都较模型值 大。大的原因主要是模型通气管直径太小。只有１．６ ｃｍ，而风 速仪探头宽度１．２ ｃｍ．阻力大、风速小，致使通气量减小。虽 然环形坎的掺气量很大，坎下竖井的掺气浓度在６０％以上， 但到了旋流洞连接段近壁处的掺气浓度只有２％嘲（原型观测 结果为１％左右），掺气浓度变小的主要原因是，大部分气体 被旋流洞的空腔流所吸收．在旋转离心力的作用下，密度大 的水体贴洞壁流动．而密度小的气体在洞心流动。起旋室通 气井的通气量也较大．但它只供给旋流洞维持稳定的空腔 流。使旋流洞壁面保持正压，不会向洞壁补气。 应指出，环形掺气坎的坡度和收缩断面面积大小直接影困ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ Ｖ０１．３４．Ｎｏ．１万 　 方数据第３４卷第１期董兴林。等：公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结空蚀．产生不稳定气囊流动。３．２竖井响泄流量和通气量的大小．同时环形坎棱角的角度不能大于 ９００，否则会产生涡流封堵通气孔。另外。由于环形掺气坎下 部的竖井变成自由流，起旋室通气井的通气量从５１６ ｍ３／ｓ降到２８７ ｍＳ／ｓ（同原型实测值基本一致）。若按自由堰流设计时，取竖井最大断面平均流速一１５ ｒｉｄｓ来确定竖井直径。采用本文３．５提出的消除旋流洞进口 负压的措施，在竖井内不需要设环形掺气坎。若按淹没堰流 设计时，取竖井最大断面平均流速一１７ ｒｉｄｓ来确定竖井直 径，比自由堰流的竖并直径小一些。 ３．３起旋室 起旋室直径Ｄ。根据旋流洞直径Ｄ（见本文３．７）而定，通 常取≥１．１Ｄ。为了避免竖井壅水影响泄流量，在起旋室顶部 设导流坎，导流坎圆弧半径，一Ｏ．２５Ｄ｜，见图２。ｏ≈。２．３水垫塘收缩墩的负压问题 水垫塘城门洞断面的周壁浇筑了Ｏ．５ ｉｎ厚的钢筋混凝 土帖层．断面尺寸减至１１ｍ×１４ｎｌ。旋流洞出口采用１：８的扩散坡同水垫塘连接，负压减至４．９ ｋＰａ；水垫塘出口收缩断面 宽６．４ ｍ．两侧收缩边墩上下游坡长１４ Ｉｎ，中墩上下游坡长 分别为５ ｍ和３ ｍ、高２．５ ｉｎ。最大负压４３．２ ｋＰａ出现在中墩 下游坡面上。若将收缩中墩和边墩坡角圆化。负压还可以减 小。因该区域掺气浓度较大（＞４％），发生空蚀的可能性不大。 为了确保工程安全，水利部西北所实验中心将侧墩和中墩体 形优化，全改成圆弧断面。使负压降到２１．６ｋＰａ。ｒ‘ｔＥFⅨ口ＩＬ；日ｌ竖井通过减压试验和原型观测．泄水结构物无异常的空化噪 声同。／厂、＼ｆ一 ｝通 气 孑Ｉ 刖 垒垂 Ａ二矗碥．№坎心Ｆ一｜一ｊ３怎样合理的设计旋流泄洪洞旋流泄洪洞适合于地质条件差，尾水位低的情况修建。 对于高尾水位．因洞内形成有压流，排气非常困难。例如。印 度特里旋流泄洪洞尾水位高出洞顶约１４ ｍ．该工程除在起 旋室设通气井外，在距通气井底以上５０ ｍ处又开挖一个水 气分离室ｔ３１，同时沿旋流泄洪洞设了６道排气井分别通向上 部总排气洞，使工程复杂化。下面结合公伯峡水电站旋流泄 洪洞简单介绍设计方法。 ３．１进水口 当旋流泄洪洞的泄流量小于２０００’箩流戈ｊ、ＩＮ¨｝』图２起旋窒收缩与旋流洞连接设折流坎起旋室进口面积Ａ按孔流公式计算．当竖井为完全淹没 流、起旋室进口作用水头Ｈ＝１００―２００ ｉｎ时，流量系数弘＝ ｍ３／ｓ时，可采用溢流 Ｏ．６０～０．５５①随水头增加取小值）；当竖井为自由流、同上水 头时，ｐ－－０．４５―０．５０。起旋室进口面积Ａ和宽度形分别为 Ａ＝――兰：：ｐｘ／２９Ｈ Ｗ＝Ａ／Ｂ （２） （１）堰进水口，溢流堰断面曲线和尺寸根据泄流量、闸门布置和 便于溢流堰与竖井连接段的施工等因素来确定，泄流量在１ ０００～１ ５００ｍＳ／ｓ范围取半径Ｒ＝１５一１８ ｍ的圆弧断面与前缘半径ｒ＝０．３Ｒ的小圆弧连接。当溢流堰按完全淹没流设计 时．采用平板工作闸门，闸门槽下游平面收缩同竖井连接。取 流量系数ｍ―Ｏ．２８；当溢流堰按自南流设计时．采用弧形工作 闸门。取ｍ一０．４５。 完全淹没溢流堰限定在高洪水位下运行．水面比较平稳两， 但它比自由溢流堰的结构尺寸大很多。例如。公伯峡水电站１ １００式中，曰为竖井下部由圆变方断面的边长，等于竖井直径，ｍ； ｐ为最大泄量，ｍ３／ｓ。 ３．４竖井与起旋室的连接 竖井与起旋室的连接结构见图２．竖井下部由圆变方断 面的起点至起旋室圆心间距Ｚ一２．５ＤＩ（以为起旋室直径），竖 井与起旋室采用１／４椭圆曲线偏心连接，产生稳定的旋转流 动。竖井与起旋室的轴线间距取Ａ一０．３５Ｄ。；椭圆中心与起旋 室圆弧中心间距Ｊｓ一０．９Ｄ。，椭圆短半轴６＝△＋竖井断面半径， 椭圆长半轴Ⅱ按式（３）计算：ｍＳ／ｓ流量，前者（淹没堰）需１２ｍｘｌ６ｍｘｌ９ｉｎ的平板门，而后者（自由堰）只需９ｍ的弧形门，同时在竖井内掺人大量空气，并降低起旋室流速、提高泄流空化数，对防止旋流洞 连接段空蚀有利。自由溢流堰的缺点是。竖井水面波动较大， 担心会引起在破碎岩石基础上修建的进水口振动，故公伯峡 水电站采用淹没流溢流堰嘲。实际上，从原型闸门启闭过程观 测的闸顶振动来看，最大振动加速度仅为０．Ｏｌｇ，无论竖井从 自由流过渡到淹没流或相反的过程，振动加速度都很小，无 明显变化。因此。担心自由堰流会引起结构物振动是不必要 的．因为水面波动的频率很底，不会与结构物产生耦合共振。 当旋流洞的泄流量很大超过２０００ａ＝‘Ｖ几僻ｂＺ＿６Ｒ丑２，Ｒ＝ＴＤｏ椭圆曲线与圆弧的切点（茗，Ｙ）：（３）菇＝幽铲∞，产６、／１一手３．５起旋室与旋流洞的连接方式（４）计算结果应石≤Ⅱ，若茗Ⅺ时，可调整Ｓ和△值。为了减化施工， 可在椭圆曲线上截取４条折线坐标点代替椭圆曲线坐标。ｍ３／ｓ时。堰上水头很高。应采用带有胸墙的有压进水口和平板闸门。并限定在高 库水位下运行，保持下游竖井转弯段为压力流；否则，会发生竖井下部与旋流洞连接处恰好是起旋室水流转向升坎 处，易产生负压和发生空蚀，见图２。要想消除负压，起旋室与Ｗａｔｅｒ ＰｏｗｅｒＶ０１．３４．Ｎｏ．，圃万 　 方数据水力发电２００８年１月旋流洞有下述两种连接法，根据具体施工情况可任意选择： （１）起旋室出口采用ｌ：４坡度同旋流洞收缩连接。在竖井 下部靠旋流洞一侧的壁面上浇筑折流坎。折流坎的结构是： 在壁面的口点壁面垫厚Ｏ．１５Ｄ（Ｄ为竖井直径），分别向上延 至ｃ点和向下沿弧线至ｄ点，厚度皆渐变为零，折流坎起始 ｃｄ弧线厚度为零（见图２）。折流坎曲面的施工比较简单，即 立４个曲线模板．浇筑混凝土抹成曲面即可．并将折流坎的 棱角修圆。折流坎的作用是，避免水流直接穿过低压升坎区， 增加水流旋转半径、缩短螺距．提高升坎区压力。我们曾进行 了设和不设折流坎的试验，结果设折流坎时升坎处的压力皆 为正压唧，而未设折流坎时有４点压力降到气化压力。这种增 压效果在溪洛渡水电站旋流竖井泄洪洞的试验中也得到了 证实【１ｑ。 （２）旋流洞与起旋室等直径连接。由于旋流洞升坎占据 的长度约为＂ｔｒＤｌ４．在这段长度内竖井可以采用大半径（Ｒ≥ Ｄ）的圆弧同旋流洞连接。见图３所示，使升坎圆化可以消除 负压。ｙ出口水流的旋转剩余能量很少，故旋流洞的长度可减小为 Ｌ＝３Ｄ（Ｄ为旋流洞直径。以下雷同），以增加出口的旋转扩散 能力。 ３．８水垫塘 试验结果表明．水垫塘长度取Ｌ＝５Ｄ时下游流态较好，消 能率达８５％以上。水垫塘出口设置三角形边墩和中墩，中墩 高度取０．２５Ｄ，两边墩最小间距确定的原则是。应保证收缩断 面积≥旋流洞断面积。否则洞内压力升高，旋流洞出现不稳 定空腔流。同时会影响到通气量。为了减小负压，两侧墩和中 间墩的三角形棱角必须圆化，或浇筑成文杜里形通道（如图 ｌ所示）。４结语模型试验研究、原型观测认证和专家会议验收证明，公 伯峡水电站的旋流泄洪洞在技术上是可行的（没有出现空蚀 和振动等现象），经济上是合理的（节省工程投资约５ ０００余 万元），具有广泛的应用前景。但由于旋流泄洪洞在国内外 还是首次应用，尚没有经过长期的运行考验，研究时间也较 短。因此需要进一步优化体形和设计理论的研究，并继续进 行运行监测。本文提出的旋流泄洪洞设计方法，仅供科研设计鹱井／厂、＼／ｌ＼ ｝＝∥合参考。弧曲参考文献：【１】 刘继广，陈文学，郭军，等．黄河公伯峡水电站竖井水平旋流泄 洪洞水力学与结构原型观测试验分析报告【Ｒ】．中国水利水电｝浦气 科 起旋室。旋流洞１孓［２】科学研究，中国水电顾问集团西北勘测设计研究院，２００６，１２．ｒａｎａｗｒＭ凡确胁ｍＢ∞确Ｂ凡Ｈ印．ｏｃ０６明Ｈｏ锄脚印删吸唧嘶ｌ蕊Ａｇｒｗａｌ Ｃ．ＫｓｏＡｏｃ．．６ｐｏｃｏｓＨｎ珥ｐａＢｍ玛ｅｃｌ凸忙ｙｃｎｏａｒｍ瓜田３旋流洞与起旋室等直径连接圆化升坎ｐａ６０ｒ埘Ｊ］．ＦＨ／ｉｐｏＴｅｘｒｌｌｎｅｃｌｃｏｅ ＣＴｐｏｒｒｒｅｎａ，ｃｒ∞，１９９５，９． 【３】ｅｔ３．６起旋室的通气井 在起旋室盲端设通气孔的目的是保持旋流空腔接近大 气压力．使旋流洞空腔流稳定，壁面不出现负压。通气孔中心 位置应设在起旋室圆弧中心以上０．２Ｄ。处。起旋室的通气量 受起旋室进口弗劳德数和水垫塘收缩墩阻水的影响．在收缩 断面积≥旋流洞断面积情况，气水比ｐ与起旋室进口弗劳德 数Ｅ的关系式 当竖井为淹没流时，Ｊ臼ｋ（ｏ．０５５～０．０６５Ｗ， 当竖井为自由流时，＃－－（０。０３５―０．０４５）Ｆ，（５） （６）ａ１．Ｕｔｉｌｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ＴＥＨＲＩ ｄａｍ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ腿ｓｐｉｌｌｗａｙｓ【Ａ】．Ｆｉｒｓｔ ｃｏｎｆｅｌ＇ｅｔｌｃｅ ｒｅｓｅａｍｈ ｎｅｅｄ８ ｉｎ ｄａｍ ｓｄｅｔｙ【ｃ】．３―６Ｄｅ．ｔｕｂｅｒ １９９１ＮｅｗＤｅｌｈｉ Ｉｎｄｉａ．【４】董兴林，杨开林，等．公伯峡水电站导流洞改建竖井一旋流式泄 洪洞试验研究报告【Ｒ】．中国水利水电科学研究院水力学所，２００２．２．【５】董兴林，吴曾谋，陈念水，等．导流洞改建旋流式泄洪洞研究与 应用们．水力发电，２００２，（４）：２７―２９．【６】董兴林，杨开林，等．黄河公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞优化 试验研究总报告［Ｒ】．中国水利水电科学研究院水力学所，２００４，８．式中，ｆｌ＝ｑＪｑ为气水量比；难――芝：：为起旋室进口断面且Ｗｘ／ｇｎ。弗劳德数；Ｑ－、Ｑ为气、水流量，ｍａ／ｓ；Ｂ＝竖井直径。ｍ＝Ｒ。＝器，形分别为起旋室进口水力半径和宽度，ｍ：已知最大泄流量Ｑ．旋流洞的直径川刘韩生，吴玉琴，等．黄河公伯峡水电站枢纽右岸旋流泄洪洞旋流消能减压模型补充试验报告闻．水利部西北水利科学研究所试验中心，２００５，３．３．７旋流洞嗍卫勇，巨江，等．公伯峡水电站水平旋流泄洪洞补充试验中问 报告（二）【Ｒ】．国家电力公司西北勘测设计研究院工程科研实Ｄ础（卫严，ｋ－－０．９５－１．０ｇ（７） 【９】 董兴林，郭军，杨开林，等．旋流泄洪洞的特点及其运行可靠性 分析叨．水力发电，２００３，（４）：３３―３５． 【ｌｏｌ 董兴林，杨开林，等．旋流竖井泄洪洞关键技术同愿研究硼． 水利水电技术，２００６，（５）：３７―４０．验院，２００３，８．旋流洞长度的确定：从压力试验结果可以看出。旋流洞 末端顶壁的压力接近零．致使旋流洞出口与水垫塘连接的坡 度改为１：８时其负压才能减小到容许值。这都表明。旋流洞圃Ｗａｔｅｒ万 　 方数据ＰｏｗｅｒＶｏＬ３４．Ｎｏ．１公伯峡水电站旋流泄洪洞研究总结作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 董兴林， 杨开林， 王涛， 胡孟， 冯宾春， 郭永鑫， Dong Xinglin， Yang Kailin， Wan Tao， Hu Meng， Feng Bineun， Guo Yongxin 中国水利水电科学研究院,北京,100038 水力发电 WATER POWER ) 2次参考文献(10条) 1.刘继广.陈文学.郭军 黄河公伯峡水电站竖井水平旋流泄洪洞水力学与结构原型观测试验分析报告 2006 2.Fanawr M A.(ψ)иBOTOBCKии B A AP OCo6eHHOCTи BиXPeBbLXTyHHe(λ)bHbLX BOдOC6pocoB и rидpaBличeckиe ycлnoBииX pa6oTbl .Agrwal C.K Ufilisation ofTEHRI dam diversion tunnel as spillways 1991 4.董兴林.杨开林 公伯峡水电站导流洞改建竖井-旋流式泄洪洞试验研究报告 2002 5.董兴林.吴曾谋.陈念水 导流洞改建旋流式泄洪洞研究与应用[期刊论文]-水力发电 .董兴林.杨开林 黄河公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞优化试验研究总报告 2004 7.刘韩生.吴玉琴 黄河公伯峡水电站枢纽右岸旋流泄洪洞旋流消能减压模型补充试验报告 2005 8.卫勇.巨江 公伯峡水电站水平旋流泄洪洞补充试验中间报告(二) 2003 9.董兴林.郭军.杨开林 旋流泄洪洞的特点及其运行可靠性分析[期刊论文]-水力发电 .董兴林.杨开林 旋流竖井泄洪洞关键技术问题研究[期刊论文]-水利水电技术 2006(05)相似文献(10条) 1.期刊论文 陈念水.吴曾谋.王卫国.王凡.CHEN Nian-shui.WU Zeng-mou.WANG Wei-guo.WANG Fan 公伯峡水电站右 岸旋流泄洪洞选型研究 -西北水电2006,&&(4)根据公伯峡水电站特定的水头和泄量,研究了公伯峡水电站导流洞改建成水平旋流泄洪洞和竖井旋流泄洪洞两种型式,并对选定的水平旋流泄洪洞进 行了体型优化研究.2.期刊论文 杨朝晖.吴守荣.余挺.贺昌林.邓军.许唯临.YANG Zhao-hui.WU Shou-rong.YU Ting.HE Chang-lin. DENG Jun.XU Wei-lin 竖井旋流泄洪洞三维数值模拟研究 -四川大学学报（工程科学版）)竖井旋流泄洪洞作为一种较新的泄洪洞布置形式,用传统的模型试验方法仍难以揭示其复杂的水流特性,为了探索采用数值模拟的方法来研究竖井旋 流泄洪洞水力特性的可行性,用Fluent商用计算软件,对某电站竖井旋流泄洪洞进行了数值模拟研究,得到了泄流能力、竖井空腔、井壁压强分布、井壁水 流空化数、总消能率等,并将部分计算结果与试验结果进行了比较,两者符合较好,表明采用数值模拟的方法研究竖井旋流泄洪洞是可行的,在进行体型优 化过程中,可以采用数值模拟的方法对体型进行初选.通过对沿程断面的能量的分析计算,竖井旋流的消能主要为两部分,一是沿程能量损失,一是水垫消能 .数值模拟暂时不能正确反映竖井底部的掺气及下平段的空气逸出、掺气水深、洞顶余幅等,相关的研究需借助其它手段进行更深入的研究.3.期刊论文 陈华勇.邓军.胡静.谢波.刘斌 竖井旋流泄洪洞洞内流速分布试验研究 -人民长江)通过模型试验,对竖井旋流泄洪洞竖井壁面流速和压强进行了测量,分析了竖井段的沿程水头损失和压力分布特性.计算结果表明:竖井旋流泄洪洞的 能量损失主要由两大部分组成:①壁面摩擦造成的沿程水头损失;②水流进入竖井底部水垫造成的能量损失.分析研究后认为:当竖井高度较小时,水垫消能 占主要部分;当竖井的高度增加时,竖井消能所占比例将不断增大.4.学位论文 石四存 公伯峡水电站右岸泄洪洞方案分析及研究 2003旋流泄洪洞是由导流洞改建成永久泄洪洞的一种新型消能工型式.这种泄洪洞一般由上部引水洞、竖井、起旋器、消能室(或水垫塘)和退水隧洞等部 分组成.该论文结合公伯峡水电站右岸泄洪洞改建,从技术、经济、地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发,对原&龙抬头&泄洪洞方案、旋流泄洪洞 方案进行了对比论证认为,公伯峡水电站右岸泄洪洞采用旋流式泄洪洞是可行的.结合旋流式泄洪洞的特性、类型,并重点论证了水平旋流泄洪洞方案比竖 井旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用更具有明显的优势.水平旋流泄洪洞国内尚无工程实例.它的消能机理集中的表现在以下三个方面:贴壁螺旋流运动 的旋转流速沿径向变化梯度较大,不同流层的剪切力较大,致使内外层水体交换掺气、碰撞消耗了大部分能量,如起旋器的耗能率高达30~40％;螺旋流运动 中水流质点的运动轨迹ds远大于旋流洞长度dx,等于延伸了旋流洞长度,加大了沿程阻力损失;水流螺旋流运动,产生了洞壁附加压力,等于增加了旋流洞内 的壁面摩擦阻力.通过分析旋流式泄洪洞的水流流态、泄洪能力、螺旋强度分布特性,并讨论了竖井-旋流泄洪洞的水力计算方法.通过大量的试验研究,优 化泄洪洞的结构.提出了公伯峡水电站右岸水平旋流泄洪洞的优化方案,同时通过试验详细分析了公伯峡水电站水平旋流泄洪洞的水力学特性,如泄洪能力 、消能率、通气量大小、掺气浓度分布、流速分布、时均压力和脉动压力分布特性等.采用水平旋流泄洪洞的计算方法,对水平旋流泄洪洞的泄洪能力进 行了演算,计算和试验结果基本吻合.水平旋流方案在公伯峡水电站的右岸导流洞改建泄洪洞工程的成功应用,其研究成果对国内旋流式消能工的研究和应 用将会起到积极的推动作用.5.期刊论文 卫勇.匙召君.常晓琴.WEI Yong.CHI Zhaojun.CHANG Xiaoqin 竖井旋流泄洪洞的水力设计 -水力发电 学报)本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用.6.期刊论文 李贵信.周恒 公伯峡水电站导流洞改建为旋流泄洪洞方案研究 -水力发电2002,&&(8)为减小公伯峡水电站右岸泄洪洞改建施工风险,从技术、经济、地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发,对原龙抬头泄洪洞方案、竖井旋流方 案、水平旋流泄洪洞方案等进行了对比论证,并重点研究了水平旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用的可行性,研究结果表明,采用水平旋流泄洪洞方案消 能率高,运行工程投资较省,技术经济上具有较明显的优势.7.期刊论文 李军旗.陈泽衍 公伯峡水电站旋流泄洪洞工程滑模设计与施工 -水力发电)2003年10月,公伯峡水电站右岸旋流泄洪洞工程竖井及通气孔混凝土采用液压滑模施工,为工程的顺利完成提供了可靠的保障.该套滑模在设计与施工 中,采用了比较先进的结构形式和施工工艺,操作简单,便于制作和现场施工.实践表明,对于不变截面的混凝土竖井和塔的施工,液压滑模是一种经济、可 靠的施工手段,值得在水利水电工程中推广应用.8.学位论文 程庆迎 竖井进流水平旋转内消能泄洪洞试验研究与数值模拟 2004竖井进流水平旋转内消能工具有消能率高、施工简单、布置灵活、工程造价低等优点，对其研究具有较大的理论意义和推广应用价值。本文一方面 通过模型试验的方法系统地研究了水平旋流内消能工流场的水力特性和影响因素；另一方面选取各向异性的K-ε模型和雷诺应力模型，分别用编程的方 式和利用CFX软件数值模拟水平旋流泄洪洞内流场。 模型试验结果表明壁面压力的总体变化规律为在过渡段下游压力呈波状沿程下降的趋势，对于过渡段在淹没流流态、吸允流流态、自由流流态的压 能、切向动能与轴向动能的转变规律不同。给出了过渡段后不同流态下的壁面压力表达式，从物理本质上分析了不同流态下的壁面压力的组成因素。 由流速资料的分析认为轴向流速沿半径方向呈抛物线分布；进口切向流速呈组合涡分布，其中自由涡占绝大部分区域。随着旋流的衰减和上游水位 的降低，轴向和切向速度沿程减小而且沿径向的分布趋于均匀，切向流速的峰值有向轴心运动的趋势。随着下游水位的降低，轴向和切向流速沿径向分 布趋于均匀，切向流速降低。下游水位越高，变化相同的上游水位时，轴向流速沿径向分布的变化程度越大。9.期刊论文 张晓东.刘之平.高季章.王晓松 竖井旋流式泄洪洞数值模拟 -水利学报2003,&&(8)本文采用 k-ε双方程紊流模型及基于水气两相流的VOF方法,数值模拟竖井旋流泄洪洞复杂的水流运动,得到自由水面,流速及压力等水力要素的分布 规律.数值模拟结果与已有模型试验数据的对比分析表明,采用的数值方法能够较好地模拟竖井旋流泄洪洞泄流过程.此外,利用数值模拟的结果对竖井的 泄流能力和消能率进行了验证.10.会议论文 陈念水.周恒.吴曾谋.卫王国 公伯峡水电站右岸旋流消能泄洪洞方案研究 2004公伯峡水电站导流洞改建成旋流消能泄洪洞,根据公伯峡水电站特定的水头和泄量,研究了水平旋流泄洪洞和竖井旋流泄洪洞、并对选定的水平旋流 泄洪洞进行了体型优化研究.引证文献(2条) 1.万继伟.牛助农.牛争鸣 水工泄水建筑物水力学原型观测方法和技术[期刊论文]-电网与清洁能源 .高季章.董兴林.刘继广 生态环境友好的消能技术――内消能的研究与应用[期刊论文]-水利学报 2008(10)本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_slfd.aspx 授权使用：qkhns7(qkhns7)，授权号：628a7a6a--bafb-9e2a00a5a650 下载时间：日第２６卷第３期２００７年６月水力发电学报ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＨＹＤＲＯＥＩ正ＣＴＲＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＶ０１．２６Ｎｏ．３Ｊｕｎ．，２００７竖井旋流泄洪洞的水力设计卫勇，匙召君，常晓琴（西北勘测设计研究院工程科研实验分院，西安７１００４３）要：本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析，提出了一套完整的水摘力设计方法，可供设计者及研究人员参考使用。 关键词：水力学；竖井；旋流消能泄洪洞；涡室；水力设计中图分类号：’Ⅳ１３５．２文献标识码：ＡＨｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｖ０ｒｔｅｘ ｓｐｍｗａｙ ｔｕｎＩ地ｌＷＥＩ Ｙｏｎｇ，ＣＨＩ ｚｈａｏｊｕｎ，ＣＨＡＮＧ Ｘｉａｏｑｉｎ（Ⅳ０厅＾乱郴￡胁睨ｓｆ自弘砌ｎ，嬲瑶ｍⅡ趔鼢ｅ口ｎ抚＾堪玩龇，瓜’ｎｎＡｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄｏｎ７１００４３）ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇｔｈｅｆｏｍｌｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｃｈｉｅｖｅｒｒｌｅｎｔｓ ａｂｏｕｔ ｖｅｒｔｉｃａｌＧｏｎｇｂｏｘｉａ ｈｙｄＩＤｅｌｅｃｔｒｉｃｖｏｒｔｅｘｓｐｉＵｗａｙ ｔｕｎｎｅｌａＩｌｄａＩｌａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｃｈｉｅｖｅⅡｌｅｎｔｓ ｉｎｐ玎０ｊｅｃｔ，ａｐｅｄ＇ｅｃｔｈｙｄｍｕｌｉｃ ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ ｉｓｇｉｖｅｎ．Ｉｔｍａｙ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｅ８ｉｇｎｅｒ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄ瑚【ｕｌｉｃｓ；ｖｅｎｉｃａｌ ｓｈｍ；ｖｏｒｔｅｘｓｐｉｌｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ；ｖｏｒｔｅｘ ｃｈａｎｌｂｅｒ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｅｓｉｇｌｌＯ问题的提出及国内外研究现状旋流泄洪洞是由导流洞改建成永久泄洪洞的一种消能工形式。旋流泄洪洞视其旋转水流发生的位置，可分为竖井旋流消能和水平旋流消能，其原理均利用旋转水流的离心力，形成空腔，增大洞壁压力和水力摩阻，延长流 程，达到防止空蚀和消能的目的。 关于竖井旋流的试验研究，文献［１～３］已作了介绍，８０年代前苏联曾作过系统的试验研究和理论分析，近年 来有三座大型工程的导流洞改建采用旋流消能工方案。印度特里（ＴＥＨＲＩ）水电站的四条导流洞均改为竖井旋流 式泄洪洞（水头２００ｍ，泄量１８００ｍ３，ｓ），现正在施工。 我国最早应用导流洞改建成旋流泄洪消能工的是四川省沙牌水电站，最大流量为２４０ｍ３／ｓ，水头８８．０ｍ；改建 成水平旋流泄洪洞国内目前正在施工的是公伯峡水电站，其最大流量是１０６０ｍ３／ｓ，水头１０４‘．０ｍ。中国水利水电科 学研究院曾结合小湾、溪洛渡等工程导流洞改建进行旋流泄洪洞模型试验研究，发表多篇科研成果。西北勘测设 计研究院科研所在１９９３年，就同俄罗斯国家能源结构研究院结合黄河李家峡水电站导流洞改建水平旋转消能进 行过试验研究，国家“八五”科技攻关期间，又结合拉西瓦水电站导流洞改建开展了旋流泄洪洞的试验研究①，其 中包括水平旋流、竖井旋流、双向旋流及减压试验等内容。２００１年８月～２００３年１２月又对公伯峡水电站竖井旋 流及水平漩流泄洪洞进行了比较优化试验叭④，推荐的水平漩流泄洪洞方案已付诸实施，这都为旋流消能泄洪洞 的水力设计提供了参考。 １竖井旋流洞的体型布置竖井旋流洞是一种具有内部消能作用的新型泄洪洞形式，它具有消能效果好，结构布置灵活，抗空化能力强，收稿日期：２００５一ｌｌ－０７ 作者简介：卫勇（１９６２一），男，教授级高级工程师．Ｅ．ｎｌａｉｌ：ｗｙａｎｄｃｈ＠１６３．ｃｏｍ①程运生、吕瑞平．拉西瓦水电站消能总布置方案优化研究报告。电力工业部西北勘测设计研究院科研所，１９８５年５月 ②卫勇．黄河公伯峡水电站发包设计阶段旋流消能泄洪洞常压水工模型试验报告．国家电力公司西北勘测设计研究院工程科 研实验院，２００２年３月 ③卫勇．公伯峡水电站水平旋流泄洪洞优化试验研究报告．国家电力公司西北勘测设计研究院工程科研实验院，２００３年１２月万 　 方数据第３期卫勇等：竖井旋流泄洪洞的水力设计８９工程造价低等优点。其由以下三段组成（见图１）。 （１）进口引水段：包括短压力进水口及后面的明渠 引水道段。 （２）竖井消能段：包括涡室段、竖井收缩段、竖井直 段以及下部淹没消力井室及消力井。消力井也作为退 水洞的压力进口段。 （３）退水洞段：即利用施工导流隧洞的泄洪洞。 在该种体型下，利用在竖井中形成的高速涡旋水 流运动及消力井中水垫消能作用达到水流内部消能的 目的。目一臼ｊＩ．±．ＩⅣ一Ⅳ剖面２竖井旋流洞的水力设计竖井旋流消能泄洪洞的水力设计主要包括三部分 内容，即进口引水段的设计、竖井消能段的设计及退水 洞段的设计。 ２．１进口引水段的水力设计 进口引水段包括进水口、引水道两部分。进水口 主要有三种进水形式，即堰流引水道、压力短进水口明 流引水道和有压引水道同涡室竖井连接。引水道与涡 室的连接形式有三种，Ｉ型：水轮机涡壳型、Ⅱ型：直线 收缩型、Ⅲ型：椭圆收缩型，见图２。三种连接形式中Ｉ 型水流条件较好，但体型设计及施工太复杂，不易被设 计所采用；Ⅱ型体型简单，但水流条件较差：Ⅲ型水流 条件较好，竖井段不易出现负压，体型设计及施工相对 简单，易被设计所接受。故本文主要以压力短进水口 明流引水道Ⅲ型连接为例说明进口引水段的水力设计方法。 １．压力短进水口 压力短进水口（见图３）设计的目的是：在宣泄各种流量时，均能 形成正压，以免产生空蚀破坏；压强平缓变化，以使进口段损失最小； 尽量使进口断面尺寸小，以便于迭梁关闭，同时，应力结构简单，便于 施工。 这里主要是孔口尺寸的确定。其取决于设计流量，流量的计算 公式如下： Ｑ＝卢６。ｅ￣／２９（日一ｅ） （１）Ｆｉｇ．１堡查塑壁图ｌ竖井旋流洞的体型布置图ｎｅ ｌａｙｏｕｔｏｆｖｅｎｉｃａｌｖｏｒｔｅｘｓｐｉⅡｗａｙｔｕ∞ｅｌ剐１型：水轮机涡壳型嚯嘬 哥射 审够．眵Ⅱ型：直线收缩型 ｍ型：椭圜收缩型图２引水道与涡室、竖井连接形式Ｆｉｇ．２ｎｅｌｉＩｌｌ【ｅｄｓｈ印ｅ ｏｆ ｃｈａｒＩｎｅｌ ｗｉｔｌｌ ｖｏ毗ｘ６｝ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔｃｈ眦ｂｅｒ式中：Ｑ一流量（ｍ３／ｓ）；卢一流量系数；日一闸孔底板以上水头（ｍ）；ｅ一闸孔开度（ｍ）；６。一闸孔宽度（ｍ）；ｇ一重力加速度，取ｇ＝９．８ ｍ，ｓ２。由文献［４］知：泄洪洞压力短进水口的流量系数可表示为： Ｑ＝∥。６。ｅ￣／２９（日一ｅｅ） （２）Ｆｉｇ．３互图３压力短进水口体型Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｈｏｒｔ眦产，＝ｉ压籍葡由（１）、（２）式可得：ｉｎ伽ｃｏｎｆｉｇＩｌｒａｔｉｏｎ一喏等￣／月一ｅ￡㈥式中：￡一水流垂向收缩系数；卢，一流量系数；其余符号的意义同前。 对有压短进口，其流量系数卢。与水流垂向收缩系数ｅ的大小均取决于压力短进水口的出口顶板压坡坡度＇，万 　 方数据水力发电学报２００７年（见表１）。 ２．明渠引水道 （１）方法１：经验法 从进口引水段的流态分析，在设计工况下，其水面线前段沿程近似水 平，虽有所降低，但由于出口段水面出现滚波，其水面又有所回升，设计 中，可假设校核水位时出口断面的水面线高程与进水口孔口顶板高程相 等，则可求出校核水位时出口断面的平均流速：表１Ｔａｂｌｅ １ＴｌＩｅ托枷∞０ｆ蜥．，ａｎｄ坡度．，与ｐ，、￡的关系ｐｌ、８喙２瓣．，Ｑ校（４）设计水位时，可认为出口断面的平均流速与校核水位时相同，则出口断面的平均水深可用下式求得：＾设：等塑试验发现：由于出口段水面有漩滚波产生，因此，出口断面的水深应在计算值的基础上增加２５％左右。 （２）方法２：理论法 通过建立压力短进水口和涡室进水口两断面之间的能量方程，可得（５）＾＋茄＝…＋（?一寺）茄一嘉曰＝（６。＋６）／２；危＝（￡ｅ＋＾）７２；尺２㈤式中：日一短进水口坎上水头（ｍ）；６。一短进水口宽度（ｍ）；彳～短进水口底坎同涡室进水口底板的高程差（ｍ）；６、＾一分别为涡室进口宽度和垂直于渠底的水深；百、Ｌ、和ｎ分别为引水道平均宽度、长度和糙率；ｅ一为短进水口压板末端高度（即弧门高度）（ｍ）；ｅ、妒一分别为压板出口水流收缩系数和流速系数；元和天分别为从压板出口收缩水深到涡室进口前平均水深和平均水力半径。即ｉｊｆ面丽（７）＾值可由（６）、（７）式试算求得，求出涡室前的水深＾后，该断面的平均流速为：”＝爰２．２引水道与涡室连接段的水力设计 根据溪洛度、公伯峡等工程模型试验的经验，椭圆收缩型连接形式的设计程序如下：（８）（１）取工作闸门尺寸高宽比日／曰＞Ｉ．３，引水道宽度缩小，有利于同涡室连接，可降低佛氏数，改善涡室流态； （２）涡室半径Ｒ。一１．２ＪＲ（尺为竖井半径，其计算将在下节中说明）；（３）取椭圆曲线短轴６＝（１．５～２．０）Ｂ（曰为工 作门宽度或引水道宽度）；（４）取矗＞６，后为椭圆中心至涡室圆心距（见图２中Ⅲ型），按下式求椭圆长轴口：（９）（５）椭圆曲线与涡室圆弧的切点（戈，ｙ）：ｚ：禹一ａ√?一享若计算的石＞ａ，则取戈＝ｏ，＇，＝０，或重新设而值。 ２．３竖井段的水力设计 竖井段的水力设计主要包括竖井直径与顶部涡室直径的设计，以及竖井底部压力的计算等。 １．竖井直径的设计 根据前人的研究经验…，竖井的直径可按下式估算：（１０）Ｄ：而ｆ垡ｒ、ｇ７（１１）式中：后＝Ｆ：～，引水道行进流佛氏数Ｆ，＝＿冬（Ｂ，＾为引水道宽度和水深，可近似采用压力短进水口工√曲‘ｈ二 作闸门宽度和高度）；Ｄ一竖井的直径（ｍ）；Ｑ一最大设计流量（ｍ３／ｓ）；ｇ一重力加速度（一ｓ２），取ｇ＝９．８ＩＩｌ，ｓ２；万 　 方数据第３期卫勇等：竖井旋流泄洪洞的水力设计９１２．涡室直径的设计 几个工程的试验研究表明：涡室半径Ｒ。约为竖井半径Ｒ的１．２～１．４倍，当引水道与涡室的连结形式采用椭 圆收缩型时，可使涡室直径减小１５％～２０％，且在涡室内形成稳定的螺旋流流态，故采用椭圆收缩型时可取：Ｒ。＝１．２Ｒ（１２）３．涡室与竖井连接渐变段高度的设计 涡室与竖井连接渐变段的高度，对渐变段后竖井周壁的压力影响较大，理论上，渐变段越高，渐变段后竖井周 壁的最小压力越大。对矩形或梯形水平明渠，渐变段的长度常用下面的经验公式［５１计算： Ｌ。＝叩（曰一一Ｂ。；。） （１３）式中：Ｌ。一渐变段的长度；Ｂ一一渐变段进口及出口断面中较大的一个水面宽度；Ｂ血一渐变段进口及出口断面中较小的一个水面宽度；叩一系数，对进口收缩渐变段，叩＝１．５―２．５，对出口收缩渐变段，叩＝２．５～３．０。同 理，我们可将上式修改为： ￡，＝叩（Ｒ。一Ｒ） 式中：￡，一涡室与竖井连接渐变段的高度（见图４）； 由于竖井旋流涡室出流方向为垂直降落，其流速较高，相应 的渐变段的长度应较流速较低的水平明渠长，经过公伯峡水电 站竖井旋流泄洪洞水工模型试验，取叩＝５．０。６．０较适宜；若叩 ＜４．０，则渐变段后竖井周壁易出现负压；反之，若刁＞６．０，渐变 段后竖井周壁的最小压力越大。 ４．涡室顶部通气孔尺寸的确定 在引水道为高佛氏数的情况下，涡室进口将被水跃封堵，必 须在涡室顶部设通气孔，向旋流空腔通气，以维持空腔压力为大 气压力，否则，竖井璧面会产生负压。通气孔的通气量与引水道 的佛氏数和水跃的补气量有关。目前尚未给出通用的计算公 式，但佛氏数是主要的影响因素，可按下式估算最大通气量Ｑ。 （通气量一般为流量的２０％左右，通气孑Ｌ的风速以不超过６０ＩＩｌ／ｓ 为宜）： Ｑ。：０．１Ｑ（Ｆ，一１）０’２ （１５）图４竖井旋流洞计算简图Ｆｉｇ．４’１１１ｅ（１４）式中：Ｑ一最大设计流量。５．竖井段边璧压力的计算ｄｉａ静锄ｏｆｖｏｒｔｅｘｓｐｉＵｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ消力井最大压力发生在井底周边处。最大压力主要由井内水深、水流冲击力和离心力合成。沿井深的压力 不再遵循静压分布规律。由于井底的离心力基本消失，故井底最大压力可近似按静水压力加冲击压力计算：Ｐ。。＝ｙ马＋％ｇ＾ｖｎ２（１６）式中：Ｑ一最大设计流量（ｍ３／ｓ）；ｙ一水的容重；Ａ一消力井的断面积（ｍ２）；日ｉ一竖井底板以上淹没深度（ｍ）。竖井内其余各点的压力，经对实测压力资料分析，可得如下计算公式心ｊ：ｐ去＝Ａｌ着Ｊ置而变化，根据模型实测各断面压力资料计算而得。 ２．４竖井与退水洞连接段的设计，ｎ、日（１７）式中：Ｐ一竖井某断面周壁上的平均压力（ｋＰａ）；Ｄ一竖井直径（ｍ），Ｑ一流量（ｍ３／ｓ），Ａ。、玩一系数，随断面位竖井与退水洞连接段通常有四种连接形式（见图５），即简单式、消力井式、弯道式及Ｌ形。 （１）简单式：竖井与退水洞直接连接，并为防止水流直接冲击竖井底板，井底应低于退水洞洞底，保持一定的 水垫层，退水洞进口的顶部应采用１：５～１：６的压板将断面缩小，并在压板末端设置通气孔，使下游维持稳定的明 流流态，工程中常用此种连接形式；（２）消力井式：竖井与退水洞之间通过消力井连接，这种连接形式需要建一个 直径较大的消力井，且井顶高于退水洞洞顶，井底低于退水洞洞底，要求消力井内保持自由水面，此种连接形式不万 　 方数据９２水力发电学报２００７年经济，只有当消能率要求较高时才采用；（３）弯道式：竖井通过 直弯道同退水洞连接，在弯道的内圆上端设通气挑坎，使水流 脱离洞顶，形成明流；（４）￡形：竖井同退水洞成Ｌ形连接，这 是法国人１９９６年提出的一种简单形式。 退水洞段的水力设计主要是竖井内淹没水深的计算、退 水洞孔口尺寸的确定。这里仅介绍工程中常用的简单式连接 的水力设计。退水洞孔口尺寸的大小直接影响竖井的消能率 及退水洞的流态，为保证在低水位时竖井底部有足够的水垫 厚度，并减小竖井底部的开挖深度，通常在退水洞进口加一曲 线型堰。同时，为使竖井内水平旋转的水流能平稳转化为沿 退水洞方向的明渠均匀流，还应在退水洞孔口段加设２个或２ 个以上导流中墩。 １．退水洞孔口尺寸的确定 建立库区与退水洞孔口末端两断面之间的能量方程有 （见图４）：（１）简单式 （２）消力井式岛一（３）弯道式 （４）Ｌ形图５竖井与退水洞的连接形式Ｆｉｇ．５ ７ｎｌｅ ｌｉｎｋｅｄ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ａｎｄ ｔｕｎｎｅｌ耻ｅ１＋罢＋批（１８）式，并整理可得： Ｑ 式中：６，一退水洞孔口末端断面的过流总宽度（ｍ）；其余符号的意义同前。 ２．竖井淹没深度的计算（１８）式中：风一库水位与退水洞孔口末端断面底板之间的高程之差（ｍ）；ｅ。一退水洞孔口高度（ｍ）；１７一退水洞孔口末端断面以上的消能率，通常叩＝ｏ．８一ｏ．８５；ｙ。～退水洞孔口末端断面的平均流速（ＩＩｌ／ｓ）；将ｙ。＝爵奢代入（１９）竖井的水面高程应在低水位时，不低于退水洞的顶板高程，以减小水流对竖井底板的冲击力；高水位时，不高 于竖井直段的顶部高程。 建立竖井水面断面与退水洞孔口末端断面之间的能量方程有（见图４）：‘皿＋著＝¨罴Ⅶ日。将Ａ＝÷７ｃＤ２代入（２０）式，并整理可得：（２０）皿＿ｅ１Ⅶ耻茄＋罴断面之间的消能率，通常叩。。０．６；Ａ一坚井断面面积（ｍ２）；Ｄ一竖井的直径（ｍ）：其余符号的意义同前。３．竖井泄洪洞的消能率 竖井旋流泄洪洞中，水流消能率的定义为：（２１）式中：Ｅ一竖井水面与退水洞孔口末端断面之间的高差（ｍ），即淹没深度；叩，一竖井水面与退水洞孔口末端叩＝?一÷ｈ芸）式中：ｚ一库水位与测速断面处底板高程之差；＾、ｙ一断面水深（ｍ）和流速（ｍ／ｓ）。试验表明：在竖井旋流洞运用工况范围内，总消能率随竖井内自由水面（或环状水跃）的降低而增加。（２２）３结语本文通过公伯峡水电站等几个竖井旋流泄洪洞的试验研究成果，提出了一套设计计算方法，可供参考使用。 （下转至第１１９页）万 　 方数据第３期罗启北等：贮灰场渗流分析及ＡＮｓＹｓ二次开发技术研究与应用１１９从计算结果可以看出，有初始水头的湿灰场终期坝不论是１００ｍ干滩还是１５０ｍ干滩，其浸润线都在子坝逸 出。浸润线在子坝逸出，对坝体稳定极为不利，故设计时需在各级子坝采取工程措施，设置排水，重新建模，计算 浸润线的逸出点。４结语贮灰场由多种材料组成，渗流计算较为复杂。通过本文介绍的计算方法和计算结果，可以得出如下结论： １．采用ＡＮＳＹＳ软件的热传导分析功能进行渗流计算是可行有效的。 ２．ＡＰＤＬ语言能灵活地实现有限元分析中的众多相关功能。即使采用ＡＮｓＹｓ软件解算复杂的渗流场问题， 迭代工作量也相当大，采用ＡＰＤＬ参数化建模能够简化建模与分析，为工程设计和研究提供了有力的开发平台和 分析工具，从而为工程应用提供了有效的解决方案。 渗流问题。 ４．ＡＮｓＹｓ软件具有完备的开放性，还可利用ＦＯＲＴＲＡＮ或Ｃ语言编制自己的模块来丰富其功能，在工程设计 研究中有着非常广阔的应用前景。 参考文献： ［１］ ［２］ ［３］ ［４］ ［５］ 宋勇，艾宴清．精通ＡＮＳＹＳ７．０有限元分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００２：ｌ一７． 毛昶熙．渗流计算分析与控制［Ｍ］．北京：水利电力出版社，２００３：３０６～３１７． 张洪剂．热传导［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９２：１５０一１９７． 彭华，陈胜宏．饱和非饱和非稳定渗流有限元加速技术［Ｊ］．武汉大学学报（工学版）．２００１，（６）：９一１２． 龚曙光等．ＡＮｓＹｓ操作命令与参数化编程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４，４：１２―７４．．３．ＡＮＳＹＳ强大的前后处理功能能够为工程应用提供极大的便利，能够鳃决复杂边界、多种介质、复杂空间的［６］博弈创作室编著．ＡＰＤＬ参数化有限元分析技术及其应用实例［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００４，３：９７―１０５．［７］张艳霞．贮灰坝渗流及稳定的研究与应用［Ｄ］．贵阳：贵州大学，２００５：４４。５２。（上接第９２页） 参考文献： ［１］ 董兴林等．高水头大汇量旋涡竖井式泄洪洞的设计研究［Ｊ］．水利学报，２０００，（１１）：２７。３３． 吉林科学技术出版社，１９９８：５４～６０． ［３］ 卫勇，王晓萌，张晓莉等．公伯峡竖井旋流泄洪洞的试验研究［Ａ］．泄水工程与高速水流２００４年版［Ｃ］．吉 林科学技术出版社，２００４：８５―９２． ［４］ ［５］ 华东水利学院主编．水工设计手册６［Ｍ］．水利电力出版社，１９８２（５）：６．２６２。６―２６３． 卫勇．渡槽进出口渐变段的优化设计与电算［Ｊ］．甘肃水利水电技术，１９９５，（１）：１９―２４．［２］钱莺莺，江树海，王正皋，马萍章．涡旋内消能竖井泄洪洞的研究［Ａ］．泄水工程与高速水流１９９８年版［ｃ］．万 　 方数据竖井旋流泄洪洞的水力设计作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 卫勇， 匙召君， 常晓琴， WEI Yong， CHI Zhaojun， CHANG Xiaoqin 西北勘测设计研究院工程科研实验分院,西安,710043 水力发电学报 JOURNAL OF HYDROELECTRIC ENGINEERING ) 0次参考文献(8条) 1.董兴林 高水头大汇量旋涡竖井式泄洪洞的设计研究[期刊论文]-水利学报 .钱莺莺.江树海.王正皋.马萍章 涡旋内消能竖井泄洪洞的研究 1998 3.卫勇.王晓萌.张晓莉 公伯峡竖井旋流泄洪洞的试验研究 2004 4.华东水利学院 水工设计手册 1982 5.卫勇 渡槽进出口渐变段的优化设计与电算 .程运生.吕瑞平 拉西瓦水电站消能总布置方案优化研究报告 1985 7.卫勇 黄河公伯峡水电站发包设计阶段旋流消能泄洪洞常压水工模型试验报告 2002 8.卫勇 公伯峡水电站水平旋流泄洪洞优化试验研究报告 2003相似文献(10条) 1.期刊论文 高学平.张效先.李昌良.王志国.张红梅.沈安琪 西龙池抽水蓄能电站竖井式进出水口水力学试验研究 -水力发电学报2002,&&(1)西龙池抽水蓄能电站上库拟采用设盖板的竖井式进/出水口,这种型式在国内大型工程中应用较少.本文通过物理模型试验对这种竖井式进/出口的水 力特性进行了探讨,包括发电和抽水两种工况下进/出水口流速分布、水头损失、漩涡等.2.学位论文 赵灿华 竖井螺旋流水力学特性研究 2001该文通过试验研究与理论分析对旋流式竖井汇洪洞应用于高水头、大泄流量情况时存在的一些水力学问题进行了研究和探讨,取得以下主要成果:一 、结合小湾工程导流洞改建,对高水头(252m)、大泄流量(1400m&'3&/s)条件下旋流式竖井的水流运动特征进行了比较全面的测量,包括空腔形态、径向流 速分布及井壁压强等;二、提出了竖井空腔段螺旋水流水力计算方兴未艾春计算结果与实测值吻合良好;三、利用试验与计算结果,对旋流式竖井的消能机 理进行了探讨,对竖井各部分的消能能力有了总体认识;四、对竖井下部消力井的合理井深进行了优化试验研究.3.期刊论文 牛争鸣.孙静.程庆迎 竖井进流水平旋转内消能泄水道流速分布与消能率的试验研究 -水力发电学报 2003,&&(1)本文为&竖井进流水平旋转内消能泄水道的壁面压力分布&一文的相关篇.在该文的基础上本文依据试验资料给出相应的流速分布的试验研究成果,并 对该种泄水道的消能率进行了分析计算,对其消能机理进行了初步的探讨.试验研究结果表明,该种泄水道的消能率与起旋器出口的弗劳德数呈线性关系 ;在h/D≤1,消能率可近似为常数,在其它工况下,消能率与相对上下游水位差(H-h)/h的关系为指数形式.4.会议论文 罗立群.李婷.郭慧敏 高坝施工导流洞改建为旋流竖井