综合水利枢纽工程施工期通航水流数模分析

摘要

通航河流上修建综合性水利枢纽工程时，为了航运畅通，往往需采用分段围堰、分期建筑的施工组织形式实施施工;在通航建筑物发挥作用前的整个施工过程中，通常利用缩窄河道泄流与通航，不仅如此，船舶航行线路也随施工围堰变化而变动。在施工期间受到围堰等临时工程建筑物的制约，绕流、漩涡和剪刀流等复杂水流现象频发，通航条件恶劣，船舶安全问题突出。为确保航运安全，有必要认真研究分析施工期水流运动规律与变化特点，优化围堰布置与河道整治，改善通航条件，提升满足船舶安全航运的最高通航流量。
　　为此本文依托福建闽江水口水电站坝下水位治理工程，重点针对通航建筑物完工前的二期导流围堰布置和临时航道的治理，依据流体力学原理、水流运动变换特征以及施工河段的河势走向与河床特点，提出了平整河底、降低床面高程、缓和平顺联接纵向河底以及缩短纵向围堰上游端长度、弧线型联接纵横围堰等一系列工程优化措施，改善施工河段的通航水流条件，利用物理模型试验和数值模拟计算方法，主要从河道水位、水面比降、最大流速等水流特征，对导流围堰布置的优化作用和临时航道治理效果进行了试验研究与计算分析。结果显示，通过上述优化与治理后的施工河段在施工导流二期的安全通航最高流量由优化前的Q=1686m3/s提升到Q=3934m3/s，解决了工程坝上约9.0km的水口枢纽船闸下引航道口门区由于河道下切水位过低、电站下泄流量Q≥2344m3/s时的水位才能满足船舶进出引航道安全过闸与施工河段的流量Q≤1686m3/s时的流速指标才能满足通航的悖离现象，使得水口电站下泄流量2344m3/s≤Q≤3934m3/s时，即能满足船闸引航道船舶最小安全吃水要求，又能保证船舶顺利通过缩窄河段，实现了真正意义上的施工期通航。本文研究成果不仅适用于水口坝下水位治理工程施工期通航，而且对类似工程施工期通航均具有指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义及目的

1．1．1 研究意义

1．1．2 研究目的

1．2 物理模型研究现状

1．3 数值模拟研究现状

1．3．1 数值模拟概况

1．3．2 数值计算方法

1．4 研究内容及方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 实施方案

第二章 物理模型的建立

2．1 依托工程

2．1．1 工程概况

2．1．2 自然条件

2．1．3 施工导流方案设计

2．2 物理模型的建立

2．2．1 模型设计

2．2．2 模型水面线验证

2．2．3 试验研究的基本条件

第三章 二期施工导流物理模型试验研究

3．1 二期围堰施工导流水流条件研究

3．1．1 设计围堰方案布置与结构构造

3．1．2 沿程水位、水面比降及泄流能力试验

3．1．3 流速及流态

3．2 二期围堰施工期通航水流条件研究

3．2．1 航深、水面比降

3．2．2 流速分布及流态

3．3 优化方案一

3．3．1 方案研究

3．3．2 改善措施

3．3．3 沿程水位、水面比降

3．3．4 流速及流态

3．3．5 优化前后流速对比

3．4 本章小结

第四章 数学模型的建立与验证

4．1 数学模型的建立

4．1．1 模型的概化和假定

4．1．2 计算网格

4．1．3 控制方程

4．1．4 基本方程数值离散

4．1．5 总体有限元方程的求解

4．1．6 边界条件

4．2 数学模型的验证

4．2．1 验证所采用的资料

4．2．2 模型的建立

4．2．3 模型验证计算结果

4．2．4 水位验证

4．2．5 流速验证

4．3 本章小结

第五章 二期施工导流数学模型试验研究

5．1 优化方案二

5．1．1 方案研究

5．1．2 改善措施

5．1．3 计算结果与分析

5．1．4 方案对比分析

5．2 优化方案三

5．2．1 方案研究

5．2．2 改善措施

5．2．3 计算结果与分析

5．2．4 方案对比分析

5．2．5 优化方案对通航条件的改善作用

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果