多沙河流水库泄洪排沙洞几个水力学问题的研究 ——以亭口水库为例

论文摘要

我国北方地区河流含沙量较高,在多沙河流上修建水库,泄洪排沙建筑物的布置是工程规划设计时需要考虑的主要问题之一。本文在初步分析我国水库泥沙淤积现状及原因,总结多沙河流水库枢纽布置特点的基础上,阐述了多沙河流水库排沙洞在设计及运行阶段需要解决的主要技术问题,并以黑河亭口水库为例,对多沙河流水库排沙洞泄流规模的确定原则与方法、排沙洞的水力特性和出口消能防冲建筑物的布置形式等问题进行了研究。合理的泄流规模是多沙河流水库保持有效库容,长期发挥综合效益的根本保证。通过对枢纽泄流规模和排沙洞泄流规模的阐述,分析了多沙河流中小型水库泄流规模的主要影响因素。在对现有的确定方法进行讨论的基础上,综合考虑水库来水来沙特征、水库运用方式、库型边界条件及库区输沙流态等因素,分析了排沙洞泄流规模的确定原则,初步建立以造床流量作为泄流基准,以上述四大因素为修正系数的泄流规模计算的方法。根据所建立的排沙洞泄流规模确定方法,以黑河亭口水库工程为例,计算了泄洪排沙洞的泄流规模。泄洪排沙洞作为水库泄水流道的一种形式,各种运行工况时,其相关水力特性是否满足设计要求,是设计阶段关心的主要问题。论文以亭口水库泄洪排沙洞为具体研究对象,在实验室建立几何比尺为1:50的正态水工整体模型,采用物理模型试验方法研究其水力特性问题。通过试验对排沙洞体型进行了优化,使其满足水库运行需要。针对多沙河流水库泄洪排沙洞消能防冲设计,受出库含沙量较高的影响,在设计上的一些特殊要求,本文结合亭口水库及甘肃讨赖河三道湾枢纽泄洪排沙洞的设计运行,对相关问题的解决做了初步探讨。泄洪排沙洞的运用频率高,水头、流量变化范围大,出口消能工要兼顾导流、度汛以及泄洪消能的要求,尤其要注意排沙运行时对消能体型的特殊要求。分析研究表明:泄洪排沙洞无论是应用挑流消能还是底流消力池消能,齿形尾坎对防止消力池淤堵有显著效果;对于泄流工况流量变幅较大消能效果难以兼顾的问题,可通过扩散型圆弧差动式挑坎的方案加以解决。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水库泥沙淤积现状的简述
• 1.2 我国北方地区水库淤积严重的主要原因
• 1.3 多沙河流水库枢纽布置的主要特点
• 1.4 多沙河流水库泄洪排沙洞设计中需要解决的技术问题
• 1.4.1 洞身抗磨蚀问题
• 1.4.2 排沙洞进出口的体型优化设计问题
• 1.4.3 排沙洞与其它过水建筑物的相互谐调问题
• 1.4.4 排沙洞的启闭运行问题
• 1.4.5 排沙洞泄流规模的确定原则等问题
• 1.5 本文的主要研究内容及方法
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 主要研究方法
• 第二章 多沙河流中小型水库排沙洞泄流规模研究
• 2.1 枢纽泄流规模与排沙洞泄流规模的划分
• 2.2 排沙洞泄流规模对水库运用方式及库区输沙流态影响的分析
• 2.3 决定排沙洞泄流规模的几个主要因素
• 2.3.1 来水来沙特性
• 2.3.2 水库的运用方式
• 2.3.3 库型条件
• 2.3.4 库区的输沙流态
• 2.4 对现有排沙洞泄流规模确定原则及方法的评述
• 2.4.1 从有利于控制淤积出发
• 2.4.2 从有利于控制冲刷出发
• 2.4.3 其他确定泄流规模的方法
• 2.5 多沙河流中小型水库排沙洞泄流规模的确定原则与方法
• 2.5.1 确定原则
• 2.5.2 确定方法
• 2.6 小结
• 第三章 黑河亭口水库排沙洞泄流规模的分析计算
• 3.1 黑河亭口水库工程简介
• 3.2 水文泥沙条件及水库运行方式
• 3.2.1 入库水沙特性
• 3.2.2 水库运用方式
• 3.3 亭口水库排沙洞泄流规模的分析计算
• 3.4 小结
• 第四章 亭口水库工程泄洪排沙洞水力学特性的试验研究
• 4.1 枢纽概况
• 4.1.1 工程总体布置
• 4.1.2 泄洪排沙洞布置
• 4.1.3 泄洪排沙洞出口河床地质特征简介
• 4.2 亭口水库工程排沙洞设计阶段需要研究解决的主要水力学问题
• 4.3 亭口水库排沙洞主要水力学问题的研究思路及方法
• 4.3.1 水工模型试验的原理
• 4.3.2 水工模型的设计与制作
• 4.3.3 试验观测内容，手段及仪器设备简介
• 4.4 原设计方案主要试验观测结果及分析
• 4.4.1 进口流态及泄流能力
• 4.4.2 水力特性
• 4.4.3 下游冲淤形态
• 4.4.4 原设计方案成果分析
• 4.5 对原方案修改后主要观测结果及分析
• 4.5.1 进口段体型的修改
• 4.5.2 出口消能工体型修改
• 4.6 设计推荐方案主要运行工况试验观测结果分析
• 4.6.1 进口流态及泄流能力
• 4.6.2 中线测点压强分布
• 4.6.3 中线测点流速分布
• 4.6.4 洞身掺气减蚀问题
• 4.6.5 洞身段水面线
• 4.7 小结
• 第五章 多沙河流水库排沙洞出口消能防冲常见问题及解决途径的探讨
• 5.1 亭口水库排沙洞运行工况及所面临的技术问题
• 5.2 亭口水库排沙洞出口消能工的解决方案简介
• 5.2.1 出口体型修改
• 5.2.2 出口水舌及下游河道冲淤形态
• 5.2.3 出口护坦防护段
• 5.3 差动式尾坎对多沙河流水库排沙洞运行的可行性分析探讨
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介