低尾水条件下节制闸泄流消能方案研究

摘要

低弗氏数水流的消能防冲是水利工程中常遇的水力学问题，也是一个工程难题。低弗氏数水流产生的水跃消能效率较低，常为摆动水跃或波状水跃，水流极不稳定，存在大尺度紊动能，在下游形成“进行波”，不仅淘刷岸坡，影响工程运行，而且对下游河床冲刷严重。为了解决低弗氏数水流的消能防冲问题，提高低弗氏数水跃的消能效率，有效控制低弗氏数水跃形成的进行波，减轻其对下游河床的冲刷，保证下游建筑物的安全，一直以来对于低弗氏数水流消能防冲的研究从未停止过。
　　论文以某河道节制闸在低尾水条件下泄流消能的水力学问题为研究内容，探讨修改消能设计，设置辅助消能工对提高低弗氏数水跃消能效率，改善跃后段水流波动，降低海漫段近底流速的实际功效。论文根据研究对象的实际情况，采取整体河工模型与单体水工模型相结合的方法进行试验研究。首先开展整体河工模型试验，对节制工程在泄流情况下，闸门开启状况与下游水位关系、节制工程附近水流流态、水流流速分布情况、河床冲刷程度等方面进行研究。根据整体河工模型试验的成果，分析得出节制闸工程泄流运行的最不利工况，将此工况作为节制闸单体水工模型的控制条件及边界条件，进行单体水工模型试验。根据单体水工模型试验成果，并结合低弗氏数水跃基本特性与消能原理，对节制闸消能设计提出修改设计尺寸，设置辅助消能工等修改措施，并逐一进行模型试验，通过对比分析与优化布置，从中选定消能效果较好的最优方案。
　　论文对节制闸消能设计先后采取了五种修改措施，包括加深消力池、在消力池中设置梯形消能墩、在消力池与闸室连接段设置疏流坎、在消力池尾坎上游设置T型墩以及在海漫段设置加糙墩等。依据实测资料，通过对消能效率、流速分布、水面波动等方面进行分析论证，得出在海漫段设置两排高0.6 m，间距2.32 m的加糙墩的消能效果最为显著。该项消能措施较好地适应了节制闸低尾水位开启泄流时的水流条件，提高低弗氏数水跃跃后段的消能效率，降低跃后二次涌浪的强度与海漫段近底流速，使消能流态得到改善。在海漫段采取加糙墩的辅助消能措施，不仅能够满足典型工程低弗氏数水流消能防冲的要求，而且对类似的消能工程具有参考意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及成果

1.2.1 低弗氏数水跃水力特性的研究现状

1.2.2 低弗氏数水跃消能的研究现状

1.2.3 海漫段加糙的研究现状

1.3 本选题研究的主要内容和方法

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 研究方法

2 试验研究方案及模型设计

2.1 伊洛河二期治理工程概况

2.2 节制工程调度运用原则及闸门开启方式

2.2.1 节制工程调度运用原则

2.2.2 闸门开启方式

2.3 河工模型试验及水工模型试验基本原理

2.4 模型试验研究方案的确定

2.5 模型设计

2.5.1 模型比尺

2.5.2 模型设计与制作

2.6 量测仪器及量测方法

3 典型工程节制闸消能设计方案试验成果与分析

3.1 整体河工模型试验成果与分析

3.1.1 下游水位流量关系

3.1.2 水流流态及流速分布

3.1.3 下游冲刷

3.2 单体水工模型试验成果与分析

3.3 消能设计方案存在问题的分析

4 提高低弗氏数水跃消能率的消能措施选择

4.1 水流消能机理

4.2 提高低弗氏数水跃消能效率的消能措施选择

5 提高低弗氏数水跃消能率的消能措施研究

5.1 试验成果与分析

5.1.1 方案一的试验成果与分析

5.1.2 方案二的试验成果与分析

5.1.3 方案三的试验成果及分析

5.1.4 方案四的试验成果及分析

5.1.5 方案五的试验成果及分析

5.2 各方案消能率计算与比较及特征断面流速比较

5.2.1 各方案消能率计算及比较

5.2.2 海漫段流速的比较

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

攻读硕士学位期间参加的科研实践及发表的论文

致谢

参考文献