龙潭水库泄洪洞方案及体型的优化研究

摘要

我国水能资源的开发利用具有河谷狭窄、枢纽消能布置困难、落差高、泄量大等特点，高坝工程常需要修建若干条大尺寸的导流隧洞，这些导流洞投资巨大却属于临时性建筑，因此导流洞的永久性利用问题成为目前越来越受关注和研究的热点问题，将临时性导流洞改建为泄洪洞的研究有着重要的学术理论意义和实际应用价值，并能产生一定的经济价值。
　　本文介绍了龙潭水库的基本概况，根据水库的特点、施工要求及相关的工程规范确定导流标准，根据泄洪流量和水力学泄流的相关理论确定导流泄洪洞、“龙抬头”潜孔进口两种方案的具体尺寸，再通过水力学模型试验验证这两种方案是否可行。试验内容包括验证下泄流量是否满足设计要求，洞内流态是否理想，壁面时均压强分布是否合理，下游出口消能是否满足实际要求。导流泄洪洞方案通过对称挑坎和异性挑坎的对比，确定选用对称挑坎作为该工程的出口消能方案，“龙抬头”潜孔进水口方案中仍选用对称挑坎作为出口消能方案，并对该方案进行了冲刷试验。
　　研究得出以下结论：（1）试验测得各工况下，导流泄洪洞方案和“龙抬头”潜孔进口方案的实测下泄流量与设计值均一致，说明两种方案的泄流能力都满足要求，并得到了库水位与流量系数关系曲线；（2）导流泄洪洞弯道段的水流流态很差，下游隧洞内折冲水流现象较为严重，当水位在685.15m至709.92m之间时，出口段会产生封洞现象，且封洞长度随水位、泄量的增大先增大后减小，故该方案不能满足隧洞的正常运行要求；“龙抬头”潜孔方案的水流流态相对较好，两洞汇合段虽产生向上的水翅致使流态较差，但在加设四面体贴脚挑坎和导流墙后，水流流态得到了明显改善；（3）试验测得“龙抬头”潜孔进口方案的过水断面能满足过流要求，净空面积满足设计规范要求，新加洞身段净空面积富余较大，可适当降低该段直墙高度；（4）“龙抬头”泄洪洞的各段压强均为正值且变化平缓，体型设计合理，水流空化数均较高，只要控制施工不平整度即可消除空蚀破坏；（5）通过水工模型试验，验证了导流泄洪洞方案和“龙抬头”潜孔进口方案的可行性，最终选择“龙抬头”潜孔进口方案作为本工程的主要泄水建筑物，导流泄洪洞在完成导流任务后，其任务调整为放空水库、兼部分排沙及非常情况下的泄洪。
　　本文研究的结论为解决导流泄洪方案设计问题提供工程实例，可为工程实践中类似工程的实施提供参考，对水工水力学模型的研究与发展具有重要的参考与实践意义。

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1绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3研究目的及意义

1.4研究的主要内容

1.5创新点及难点

1.6论文结构体系

2龙潭水库泄洪洞设计及模型制作

2.1工程概况

2.2工程等别及建筑物级别

2.3导流泄洪洞方案布置及尺寸设计

2.4“龙抬头”潜孔方案布置及尺寸设计

2.5龙潭水库泄洪洞模型的建立

2.6本章小结

3导流泄洪洞方案的试验研究

3.1库水位与泄流能力和流量系数的关系

3.2水流流态的变化规律

3.3小泄量小开度下的流态变化规律

3.4小泄量小开度下的水深变化规律

3.5小泄量小开度下的压强分布规律

3.6小泄量小开度下的流速分布规律

3.7本章小结

4“龙抬头”潜孔进口方案的试验研究

4.1库水位与泄流能力和流量系数的关系

4.2水流流态的变化规律

4.3沿程水深的变化规律

4.4时均压强沿程分布

4.5流速分布规律

4.6水流空化数分析

4.7本章小结

5冲刷试验

5.1导流泄洪洞方案出口挑流鼻坎的对比试验

5.2泄洪洞“龙抬头”潜孔进水口方案挑坎冲刷试验

5.3本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录