水库坝前排沙建筑物水工布置方式的研究

论文摘要

水库泥沙淤积,造成有效库容减少、寿命缩减、下游河道水沙平衡破坏等问题,已成为水库、河道、水电站管理的一大难题。特别是黄河流域,大量的泥沙,使水库的利用受到严重制约。因此,针对黄河干流的水利枢纽工程,研究适宜的排沙建筑物布置方式具有重要的实际意义。本文提出一种新型的排沙建筑物布置方式:通过排沙底孔或者利用其他孔洞,加装伸入库区的管道,利用管道分段开口等方式,使得坝前冲刷漏斗范围延伸,从而加大漏斗冲刷,达到人工加沙目的。并且通过水工模型试验与数值模拟相结合的研究手段,对这一布置方式进行了分析研究。主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1)建立了二维、三维数值模型来模拟排沙管道前漏斗的冲刷情况,计算出不同水力条件下冲刷漏斗的范围、影响冲刷漏斗的因素以及漏斗的纵横坡和水头、流量的关系。(2)通过模型试验对提出的新型排沙建筑物的布置方式进行了研究。得出管道在运行中承受荷载情况以及管道前的漏斗冲刷范围。并把试验数据与数值模拟计算结果进行了对比,具有较好的一致性。(3)同时对小浪底敷设排沙管道的情况进行了数值模拟,得出小浪底在不同水力条件下管道前的漏斗的冲刷情况。初步拟定了小浪底坝前排沙建筑物的布置方式,为小浪底排沙减淤提供参考依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 小浪底水库概况及库区泥沙淤积现状
• 1.2.1 小浪底水库概况
• 1.2.2 小浪底水库的淤积现状
• 1.3 水库坝前冲刷漏斗的研究现状
• 1.3.1 冲刷漏斗的影响因素
• 1.3.2 冲刷漏斗研究现状
• 1.3.3 冲刷漏斗的经验公式
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 紊流数值模拟的基本理论与方法
• 2.1 紊流模型的基本理论
• 2.1.1 紊流的数值模拟方法
• 2.1.2 紊流的基本方程
• 2.1.3 紊流模型
• 2.2 紊流数值模拟中网格的划分
• 2.3 自由表面的处理
• 2.3.1 刚盖假定
• 2.3.2 流线迭代法
• 2.3.3 标高函数法
• 2.3.4 静压假定法
• 2.3.5 MAC法（The Maker and Cell Method）
• 2.3.6 VOF法（Volume of Fluld Method）
• 2.4 数值求解技术
• 2.4.1 有限差分法
• 2.4.2 有限体积法
• 2.4.3 有限元法
• 2.5 紊流数值模拟的进展
• 2.6 本章小结
• 第三章 水库坝前排沙建筑物布置方式的数值模拟
• 3.1 概述
• 3.2 冲刷漏斗的量度方法
• 3.3 水库坝前冲刷漏斗的二维数值模拟
• 3.3.1 数学模型的建立
• 3.3.2 网格生成及边界条件的设置
• 3.3.3 冲刷漏斗的影响因素
• 3.4 水库坝前冲刷漏斗的三维数值模拟
• 3.5 数值模拟与试验数据的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 排沙建筑物布置方式的模型试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 试验模型
• 4.2.1 模型与仪器
• 4.2.2 模型比尺及模型沙的选择
• 4.2.3 模型试验的内容
• 4.3 管道中的时均及脉动压强分析
• 4.4 管道前冲刷漏斗的试验研究
• 4.5 小浪底排沙建筑物的布置方式初步研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间参加科研情况
• 致谢