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施工导流中围堰及坝体过流水力优化计算

李静  
【摘要】: 施工导流是水电工程建设中的重要环节之一。过水围堰和导流隧洞相结合的导流方式对于流量季节性变化悬殊的河流具有一定的适用性。我国的山区性河流较多,因此这种围堰过流的导流方式在施工导流工程中较为常用。但是,由于围堰过流通常都会对围堰和坝体造成冲刷,严重的冲刷会使主体工程受到破坏,造成经济损失。因此,如何进行围堰和坝体的消能防冲,使围堰和坝体能够安全过流就成为此类工程中的一个重点问题。 由于施工导流工程的边界条件比较复杂,因此通常采用物理模型试验对工程设计进行论证。本文结合工程实际对影响围堰和坝体消能防冲的各种因素,包括过堰流量、坝面高程、下游围堰堰顶高程、坝面糙率、坝面坡度等进行了分析,并借助水力学知识和计算机语言编写了围堰和坝体的优化计算程序,并利用浙江滩坑水电站工程对所提出优化计算程序进行了验证,证明了该程序在没有明显的侧收缩的影响下,计算结果与实际情况较为吻合。 该优化计算程序能够验证围堰和坝体过流的消能防冲初步设计的合理性,并可以通过比较不同方案的计算结果,对消能防冲的初步设计进行优化。主要设计内容包括: ①计算上游围堰后消力池的尺寸; ②验证泄洪初期坝面高程是否能够满足消能防冲需要; ③计算下游围堰堰顶高程,使其满足泄洪期围堰和坝体过流的消能防冲和工程进度的需要; ④计算部分断面平均流速,包括:上游围堰后消力池中收缩断面的断面平均流速;坝首和坝末的断面平均流速;当下游河道发生水跃时,计算下游河道的收缩断面平均流速及需要铺设护坦的长度。 ⑤根据以上计算所得的各断面平均流速,初步确定需要铺设的 摘要 护面类型 ⑥计算在铺设护面以后坝首和坝末的冲坑深度,以验证护面材 料是否可以抵抗洪水泄流的冲刷。 同时,本文还利用该优化计算程序对文中所分析到的影响围堰和坝 体过流的各种消能防冲因素进行了验证,以图表的形式更进一步的说 明了各种因素的影响方式和程度。主要结论如下; ①随着流量的增加,消力池收缩断面弗劳德数减小,消力池的消 能率减小。坝面平均流速增大,坝面的防护难度增加。 ②坝面坡度的改变,对消能防冲有一定的影响。采用以坝体末端 为基准面的坝体逆坡防护时,消力池挖深减小,消能率提高,坝面平 均流速减小,坝区防护难度降低。 ③坝面糙率对围堰和坝体的消能防冲影响不大。 ④抬高下游围堰可以使下游分担更多的消能任务,减轻坝区的 冲刷和消力池的消能负担。但下游河床的冲刷加大,防护工作增加。 ⑤降低坝体可以减小消力池的挖深,降低坝面流速和坝面的防 护难度。


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