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Chardara水电站泄洪消能模型试验研究

曹长冲  
【摘要】: 水利水电工程中,泄水建筑物是保证水库安全,充分发挥工程效益的关键,消能防冲也一直是水利科学鼓励研究的方向。 Chardara(卡尔达拉)水电站运行中发现的问题:卡尔达拉水电站泄水道底板现行体型采用的是直线折坡形式,由于该体型设计不合理加之年久失修,底板出现了不同程度的破坏,流态不佳,影响了工程的正常运行。在现行方案的试验长中还发现:首先由于泄水底孔闸室内存在两个孤立的中墩,导致闸室流态较差;其次,泄水道底板直线连接,流线性较差,底板出现了一定程度的损坏;最后,消力墩的尺寸设计的不合理也导致了消力池中水流流态较差。针对卡尔达拉水电站在长期的运行中出现了流态不良,堰顶局部存有负压,泄水道底板发生了不同程度的空蚀破坏。针对上述问题进行了不同方案的试验研究,并从水流流态、底板压强、消能率等方面综合考虑,优化了体型,提出了解决办法。 本研究采用物理模型试验,工程的试验研究是依据工程资料,按照重力相似准则,在实验室建立水工整体模型,模型比尺采用1:40,通过模型试验验证并完善泄水道建筑物体型及辅助消能工布置的合理性,研究泄水道水流特性和泄流消能效果,提出了改善泄水道水流流态和提高消能率的工程措施。 本研究主要完成以下三方面工作: (1)卡尔达拉水电站泄水道底板体型优化试验。泄水道底板体型在经过现行方案体型Ⅰ,直线折坡型,底板采用1:2.8的斜坡相连;三种曲线抛物线体型。曲线抛物线Ⅰ型:底孔堰面由斜直线改为抛物线方程为y=x~2/84.681;曲线抛物线Ⅱ型:曲线抛物线Ⅰ型的基础上调整堰面曲线,为y=x~2/211.7025堰末端形成6m跌坎;曲线抛物线Ⅲ型:方程y=x~2/423.405将堰面改为抛物线型,堰面末端抬高8m;一种直线跌坎型,在曲线抛物线Ⅱ型的基础上将堰做成平面并将堰面末端抬高至水平,形成10m的跌坎。在经过5种泄水道底板体型的优化试验研究得出,底孔堰面由斜直线改为抛物线,方程为y=x~2/84.681,即为优化方案Ⅰ,亦即实施方案。试验表明该种抛物线型堰面可以消除运行工况下堰顶附近的负压,避免了堰顶附近的空蚀破坏,改善了空化性能。 (2)为了解决现行方案中消力墩高度过大的问题,经过了8种体型布置形式的优化比较,体型1:消力墩原位置不变,高度减少至4m;体型2:消力墩原位置不变,高度减少至3m;体型3:取掉上游一个消力墩,下游两个消力墩不变,高度5m;体型4:将上游消力墩移至下游消力墩位置线,并均布,高度4m;体型5:将上游消力墩移至下游消力墩位置线,并均布,并两侧消力墩高度减少至4m;体型6:上游消力墩原位置不变,高度减少至3m,下游改为3个消力墩并均布,并两侧消力墩高度减少至4m;体型7:上游消力墩取消,下游3个且均布,高度减少至3m;体型8:取掉上下游消力墩,在下游消力墩末端下移2m布置4个消力墩且均布,高度减少至4m。经过上述消力墩8种体型布置形式,96个组合试验进行了观测比较,结果表明,现行消力墩布置形式合理可行即:优化方案Ⅰ闸墩+现行方案消力墩布置但墩高应减至4m,各工况水跃位置适中,流态较好,满足工程要求。(3)在经过5种泄水道底板体型及8种消力墩体型优化试验的基础上,进行了不同的优化试验组合,提出的最终实施方案为:优化方案Ⅰ闸墩+堰面体型+现行方案消力墩布置但墩高应减至4m。该方案成功解决了现行方案折坡消力池存在的问题,现已被工程采用。 本试验成功地解决了卡尔达拉水电站存在的水工水力学问题。成果已被工程采用。


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