底孔尺度对坝前水流结构的影响

【摘要】： 在水利工程枢纽的设计中,水库底孔的型式及相应坝前的水沙流动特性直接关系到泄水建筑物的正常运行乃至整个工程枢纽的生命。大中型水电站枢纽,在水库淤积的后期,进库泥沙大部分被水流携带到坝前,并通过各种泄水流建筑物排出库外。这时,泥沙大量通过水轮机,造成水轮机的磨损。因此,一些受泥沙威胁的大型水电站的设计,都提出了如何合理地布置底孔问题,而要弄清如何合理布置底孔,如何定量地计算底孔对取水建筑物的防沙效果,就需要弄清楚孔口前由于流速收缩造成的复杂的水流结构以及不同底孔型式对坝前水流结构的影响。通过本文的工作得到了以下结论: (1)本文试验采用声学多普勒测速仪MicroADV对不同的底孔型式,不同的水流条件下的底孔坝前区域进行了详尽的流速测量,得到大量的流速资料。 (2)在对实测资料进行分析整理的基础上,得出了底孔坝前流域的平面流场图、断面流场图以及三维流场图,得出了某些水流统计规律。 (3)利用Tecplot软件绘制出了每个流速测点的三维合速度Va ppulse与孔口平均流速u c的比值β(即β= Va ppulse /uc)的等值线分布图,可以直观形象地看到不同流速大小地区域分布,并总结出规律。 (4)在对实测资料进行分析整理的基础上,推导出了底孔坝前流域的流速公式的一般结构形式,可以方便快捷地估计各工况下特定位置的流速,对工程实际有一定的参考价值,为优选建筑物布置最佳方案提供了设计依据。 (5)本文绘制了底孔坝前流域水流流速在测流垂线上的分布图,得出其分布规律,确定了测流垂线上最大极径流速的计算经验公式。 (6)本文通过底孔坝前泥沙冲刷试验,得出了底孔坝前泥沙的冲淤范围及形状,与计算得出的泥沙冲淤范围和形状基本吻合,并验证了试验所测的流速数据的可靠性。