无闸低坝枢纽引航道水流条件数值模拟

摘要

近年来，为解决一些河段内泥沙、灌溉取水以及通航条件等问题，无闸低坝水利枢纽这一方案被越来越多的采用。无闸低坝水利枢纽主要作用是抬高上游水位、拦蓄泥沙，其特点主要在三个方面:泄洪道无闸门，水流过坝为自由溢流，来流量等于下泄流量;坝高小，小流量下尚能形成库，大流量下作用更类似于潜坝;规模较小，船闸建筑物缩窄河道的比例较大，流量较大时来流受引航道顶托后口门区横向流较强。因为它这些特点使得其上游引航道水利条件复杂，对通航不利。因此，分析无闸低坝水利枢纽引航道水流条件复杂的成因并对改善措施进行研究显得非常必要。
　　本文在系统总结了各种引航道改善措施研究现状及水流数学模型发展的基础之上，根据福建闽江水口水电站坝下水位治理工程的实测地形、水文资料以及枢纽整体水工物理模型试验所得结果，建立了基于有限元法的能够较为准确地模拟复杂引航道边界条件的平均水深二维水流数学模型对水口水电站坝下水位治理工程的引航道进行改善研究。
　　本文的主要结论如下:
　　①通过将所建立的二维数学模型与水工物理模型实测资料的进行对比验证，结果表明此数学模型得到的水位、流速及流向与实测资料较为接近，说明二维水流数学模型的建立、数值计算方法以及各参数的设定较为合理，能够较为准确地模拟实际河道及引航道的水流。
　　②针对引航道口门区横向流速过大的问题，提出了引航道透空式导航墙边界处理方法，能够较好模拟透空式导航墙对引航道水流条件的改善情况。
　　③通过对水口水电站坝下水位治理工程坝上河段进行分析，总结归纳出致使其上游引航道水流条件复杂的原因。
　　④通过数值模拟计算分析研究，提出了延长隔流墙、增加带不同底孔大小的导航墙、增加隔流墩等改善措施，使通航最大流量提升到12000m3/s。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外各种枢纽引航道水流条件的研究现状

1．2．1 透空式导航墙的研究现状

1．2．2 浮式导航堤的研究现状

1．2．3 隔流墩的研究现状

1．2．4 丁潜坝的研究现状

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 研究工作的内容、技术路线及章节安排

1．4．1 研究工作的内容

1．4．2 研究工作的技术路线

第二章 数学模型的建立及验证

2．1 二维水流数学模型的建立

2．1．1 数学模型的建立

2．2 模型的验证

2．2．1 验证所采用的资料

2．2．2 模型的建立

2．2．3 模型的计算结果

2．2．4 水位验证

2．2．5 流速验证

2．2．6 本章小结

第三章 上引航道布置优化研究

3．1 无闸低坝水利枢纽上游引航道水流条件复杂的原因分析

3．2 闽江水口水电站枢纽坝下水位治理工程原设计方案模拟结果及分析

3．2．1 原设计方案的布置

3．2．2 原设计方案的模拟结果分析

3．2．3 原设计方案不良流态成因分析

3．3 隔流墙优化方案

3．3．1 隔流墙优化方案的布置

3．3．2 隔流墙优化方案的模拟结果

3．4 本章小结

第四章 透空式导航墙的改善效果研究

4．1 动静水交界处流速关系

4．2 透空式导航墙的提出

4．3 透空式导航墙优化方案

4．3．1 透空式导航墙优化方案的布置

4．3．2 透空式导航墙复杂边界条件的处理方法

4．3．3 透空式导航墙优化方案的模拟结果

4．4 透空式导航墙优化方案在Q=12000m3／s工况下的模拟结果

4．5 本章小结

第五章 隔流墩的改善效果研究

5．1 隔流墩的提出

5．2 隔流墩优化方案

5．2．1 隔流墩优化方案的布置

5．2．2 隔流墩优化方案的模拟结果

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