卡尔达拉水电站折坡消力池消力墩试验研究

【摘要】： 本文在卡尔达拉水电站泄水道水力学模型试验的基础上,总结有消力墩的折坡消力池水力特性,对多种消力墩布置体型进行水工模型试验对比分析,从水流流态、水跃特性、水面线分布等方面综合考虑,分析消力墩的形状、高度、布置形式、位置及数量对水流的影响。对坡度为1:3,1:3.73,1:5的折坡消力池,研究消力墩对折坡消力池水跃长度的影响。主要成果如下: 1卡尔达拉折坡消力池消力墩研究 (1)消力墩形状的影响将卡尔达拉水电站底孔出口的消力墩头部(上游端)修改为斜角形式,而且在此基础上对消力墩头部进行了圆化。试验结果可见,改变消力墩平面体型虽能够改善消力墩局部的水流条件,但对跃首位置的影响不显著,从而对整个水跃区水流的紊动影响不大,对底孔出口导墙振动的改善不明显,圆角消力墩对水流影响的程度略优于斜角消力墩。 (2)消力墩高度的影响消力墩高度过大使水流直冲消力墩对流态不利,消能效果不理想。消力墩降低后,跃后水面波动加大,水跃消能效果较差,岸边水流湍急,对下游两岸防护不利。消力墩的高度过大或过小都会导致水跃位置向上游移动,水跃长度有所增加,两种情况对水跃长度的影响程度基本相同。不同高度的消力墩的水面在跃前、跃后断面附近均有变化。 (3)消力墩布置形式的影响倒品字形消力墩的流态不佳,但可以在一定程度上减小水跃长度,而水跃位置无明显变化。而并排布置消力墩流态不良,会出现波状水跃,消能效果差。水跃长度和位置没有明显变化,其消力池中水面线略高于品字形布置的消力墩水面线。 (4)消力墩数量的影响对不同数量的消力墩的流态和水力特性进行对比分析可见,在第一排布置高度合理的消力墩,可以有效地稳定水跃,缩短跃长。 (5)有无消力墩水力特性对比将现行方案中的墩高减至4m作为实施体型,在各工况下将其与去掉底孔出口的三个消力墩时的水力特性进行比较,可见此种消力墩布置体型各工况水跃位置合理,流态较好,消能率较高。 2消力墩对折坡消力池水跃长度的影响 通过研究C和F_(r1)之间的关系,引入参数σ_(jo)/F_(r1) ,并可知折坡消力池中水跃C与σ_(jo)/F_(r1)呈线性关系,无消力墩的折坡消力池中C的系数α_1、β_1与折坡坡度有关。通过回归分析得出了α_1、β_1与坡度θ的关系。 同样,有消力墩时,引入系数α_2、β_2及相对墩距L_R′来研究消力墩位置对水跃长度的影响,α_2、β2与L_R′有关。由试验分析得出了不同坡度下C的系数α_2、β_2,并考虑折坡坡度的影响,经多元回归分析最终求得不同位置的消力墩及折坡坡度时α_、β_经验公式。