包家坝水电站引水枢纽水工模型试验研究

论文摘要

闸坝引水枢纽作为水电站建设工程中的一个子系统，在水电站建设工程中起着关键性的作用。随着水电站的建设，枢纽中泄洪闸是否合理将成为影响水电站正常运行主要因素之一，它将直接影响到水电站机柤的性能、水电站运行的安全性、经济性及所要承担的风险性等关键问题。因此在工程实践中，迫切需要对泄洪建筑物进行优化设计。水电站引水口是引水枢纽的关键部位，它在整个水利枢纽中也是起着非常重要的作用。该建筑物的尺寸和规模直接决定了电站发出力的大小，同时也决定了水电站发电设备的安全运行，所以对水电站泄洪冲刷闸和电站引水枢纽的水力特性的研究和方案优化，是水电站设计中非常重要的环节，也是枢纽正常运行的前提条件。因此，该课题具有重要的工程运用价值，同时，对于同类工程的设计也有一定的参考价值。本文以包家坝水电站泄洪冲沙闸及电站引水进水口为研究对象，根据工程设计单位提供的基本资料，在我院水工泥沙大厅建立水工模型。通过模型试验首先对原设计方案泄洪冲沙闸的泄洪能力、电站引水进水口压力分布等方面进行系统研究。根据试验观察及试验数据分析，对原设计方案的泄洪能力、水流流态、压力分布及下游出口冲刷等作出评价。综合考虑工程的地形、地址的条件，给出比较合理、经济的修改方案，并对修改方案再进行水工模型试验，在此基础上提出最优方案。试验结果表明：原方案因泄洪冲沙闸的泄洪能力明显不够，且其底板高程（953.00m）较低，而下游河床高程为955.00m左右，直接影响消力池的冲沙效果。因此需要适当抬高泄洪冲沙闸底板高程。电站引水口部分桩号间过水断面偏小，影响了过流量，达不到设计要求。必须对原方案进行必要修改；从修改方案的试验结果可知:修改方案泄洪冲沙闸泄流能力符合设计要求，并且还具有较大的超泄能力；泄洪冲沙闸底板和电站引水进水口的压力分布均为正压，符合规范要求；上游库区水流流态基本正常，库区右岸的回流区已消除，仅在坝前左侧有较小的回流区；在各种工况流量下，水流对河床冲刷深度都不大，最大为校核洪水，冲刷深度为5.90m，且冲刷坑都偏于河床中间，不会对下游建筑物安全造成太大的威胁。所以修改方案是可以完全满足设计要求，可确定为最终方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 闸后消能问题
• 1.2.2 泄洪冲沙闸特征
• 1.3 研究的内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 试验方案设计
• 2.1 工程概况
• 2.2 枢纽总体布置
• 2.3 模型布置
• 2.4 泄水建筑物
• 2.4.1 泄洪冲沙闸
• 2.4.2 防排沙设计
• 2.4.3 泄洪冲沙闸水力计算
• 2.5 电站引水进水口
• 2.6 水文气象与地质概况
• 2.6.1 气象站及观测情况
• 2.6.2 水文基本资料
• 2.6.3 洪水
• 2.7 泥沙
• 2.7.1 产沙概况
• 2.7.2 悬移质泥沙
• 2.7.3 推移质泥沙
• 2.7.4 悬移质泥沙颗粒级配
• 2.7.5 水位流量关系
• 2.8 泥沙模型设计
• 2.8.1 泥沙模型设计主导思想
• 2.8.2 推移质泥沙运动相似
• 2.8.3 推移质泥沙输沙率相似
• 2.8.4 推移质泥沙河床变形相似
• 2.8.5 模型制作
• 第三章 原方案模型试验研究
• 3.1 观测仪器及观测方法
• 3.1.1 观测仪器
• 3.1.2 观测方法
• 3.2 原方案泄洪冲沙闸及电站引水进水口试验
• 3.2.1 泄流能力和流量系数
• 3.2.2 压力分布
• 3.2.3 上下游河道流态及流速分布
• 3.2.4 下游河道冲淤情况
• 3.3 原设计方案试验小结
• 第四章 修改方案试验研究
• 4.1 修改方案Ⅰ试验结果
• 4.1.1 泄洪冲沙闸及电站引水进水口修改措施
• 4.1.2 泄洪冲沙闸的泄流能力和流量系数
• 4.1.3 枢纽流速分布
• 4.1.4 电站引水口的引水流量及流态
• 4.1.5 修改方案（1）试验小结
• 4.2 修改方案Ⅱ试验研究
• 4.2.1 泄流能力和流量系数
• 4.2.2 压力分布
• 4.2.3 上下游河道、枢纽流态及流速分布
• 4.2.4 枢纽水位分布
• 4.2.5 下游河道冲淤情况
• 4.2.6 修改方案（2）试验小结
• 第五章 枢纽泥沙试验
• 5.1 原设计方案试验
• 5.1.1 水库冲淤平衡床面试验
• 5.1.2 引水排沙运行试验
• 5.1.3 原设计方案试验小结
• 5.2 修改方案试验
• 5.2.1 修改方案（1）试验
• 5.2.2 修改方案（2）试验
• 5.2.3 修改方案（3）试验
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介