表孔、底孔联合泄洪流场数值模拟与冲刷趋势分析

摘要

为了优化泄水建筑物的体型与布置方案,探索流场分布与下游河床局部冲刷间的关联性。结合某大型水电站表、底孔泄洪设施的物理模型实验,基于标准k-ε湍流模型、VOF自由表面捕捉技术,对其联合泄洪3维流场进行数值模拟研究,获得了表孔溢流坝面、底孔及消力池内的流速、水面线、压力等水力特性。通过与水工模型试验结果对比,分析流场结构与下游河道冲刷形态间的关联机制。结果表明:原设计方案消力池内水流波动大,流场紊乱,出池水流2次跌落大且主流下潜河床,横向扩散不充分。相应的物理模型上,下游发生了严重的冲刷,冲刷最严重的右岸岸坡及表孔左导墙下游,恰好是右岸主流贴岸及左岸回流压迫区。通过改进消力池体型,保留底孔与表孔消力池间施工导流墙等措施,显著改善了消力池及出池流态,出池水流2次跌落减小,下潜程度大为减弱,出池主流水平扩散较为充分,横向挤压等得到充分的抑制。相应地,河床冲刷的范围及深度均大为减小,特别是原方案底孔侧对应右岸区域几乎没有发生冲刷。可见,在局部冲刷模拟还很不成熟的情况下,可以采用基于流场分析的办法对下游河床冲刷进行趋势性分析,进而指导泄水建筑物的布置与体型优化。