高陡槽溢洪道挑流鼻坎体形研究.pdf

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1、2002年第2期(第20卷总2ll期)东北水利水电7[文章编号]l002-0624(2002)2-0007-03高陡槽溢洪道挑流鼻坎体形研究张先起，付强，梁川(四川大学水电学院，成都6l0065)[摘要]结合紫坪铺水利枢纽工程的溢洪道挑坎特性，采用模型试验的研究方法，根据挑流鼻坎体型设计理论和它灵活性特点，应用CFX软件对挑流鼻坎体型进行了改进优化，以使挑流水舌分布更均匀、挑距更大和冲刷更小，并通过对水舌和冲坑特性的观测来验证改进结果。[关键词]挑流鼻坎：模型试验：挑距：冲坑[中图分类号]TV653+.3[文献标识码]B紫坪铺水利枢纽工程位于岷江上游

2、都江堰市境响到整个枢纽的安全，因此必须对溢洪道挑流坎工内，是四川省以灌溉和城市供水为主，结合防洪、发程展开模型试验研究，深入观测选定挑流坎的水流电、环保等综合利用的重要工程。该工程按千年一特性及抛射情况和对下游F3断层可能造成的影响，遇洪水设计(O3尽量减小对下游的冲刷。m=8300m/S，相应库水位87l.203m)；可能最大洪水校核(Om=l2700m/S，相应库l试验装置水位883.l0m)；正常蓄水位为877.00m。主要由钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道、放空冲砂洞、泄洪l.l模型平面布置排沙隧洞、引水发电系统及厂房等组成。其中，溢洪试验模型是

3、按重力相似准则设计的正态模道位于右坝肩，右靠山体，左邻大坝，为正堰溢洪道型。在线性比尺!=l/50的条件下，各个水力参数(堰顶高程860.00m，宽l2.00m)；分别由引渠段、的相应比尺数见表l。控制段、上陡槽段、渥奇曲线段、下陡槽段和挑流段表l模型比尺组成，全长568.00m。溢洪道设计洪水下泄流量825线性比尺面积比尺时间比尺流速比尺流量比尺压强比尺糙率比尺33m/S，校核洪水下泄流量2445m/S，采用单侧扩散2!l/2l/25/2l/6!!A=!t=!!u=!!g=!!p/u=!!n=!式挑流消能。5025007.07l7.07ll7678

4、50l.9l94本工程溢洪道溢流堰堰顶与下游挑坎出口高差较大(99.0m)，堰顶以上运行水头与堰高的比值试验用水通过水泵房与地下水库形成循环系及变幅亦较大，最大流速很大，达到44.5m，而且在统。上游来流量由布置在模型进口的标准矩形薄壁挑坎下游有一宽达50mF3断层，在如此高流速、大量水堰控制。上游库水位由安装在相应断面处的固流量的条件下，如果水流不能挑过此断层，将会影定测针测读水位，下游水位由设置在模型尾部的尾560cm80cmm门c阀引水道40cm4l68cm矩形量堰水43cm进50cm平水道尾水门52cm矩形量堰测针出水口390cm下游水位测针

5、尾水池挑流鼻坎拦沙坎拦沙坎l60cm上游水位量尺l36cm图l模型平面布置图[收稿日期]200l-08-2l[作者简介]张先起(l975—)，男，河南新乡人，硕士，现主要从事水工结构工程、工程水力学及工程经济等方面的研究工作。8东北水利水电2002年第2期(第20卷总2ll期)水闸门调整并用固定测针读取水位。模型布置见图l。表2原挑坎与修改挑坎关系l.2动床布置原设计挑坎修改挑坎出口下游河床局部动床散粒用松散的砂、砾石R外=R外=和卵石等材料按冲刷部位地形铺成。模型砂尺寸按R内=l05mR内=l50m散粒起动流速与基岩抗冲流速相似的要求，目前多RZ外

6、=75mRZ外=56m数人的认识是，基岩总非天衣无缝，而由节理裂隙RZ内=75mRZ内=l00m分割成块，岩块在不平衡动水压力特别是缝隙脉动X外=[0,30]X外=[0,30]压力作用下丧失稳定而拔起、翻动，是冲刷破坏的X内=[0,30]X内=[0,30]主要原因。基于以上基本认识，采用伊兹巴什抗冲刷流速公式，即2挑坎上水流流态VrS-rwD挑坎上的水流分布和流态是说明挑坎优劣的P=（l.20~0.86）2grw部分之一，如果挑坎上水深分布不均匀，会造成水可得下流河床抗冲刷流速。式中，VP为石块滑流在挑坎上的能量分布不均，形成能量集中于某一动或滚动的

7、流速；S，w分别为散粒的容重和水的部分，造成对下流的冲坑加深。本试验在上游库水容重；g为重力加速度；D为散粒平均直径。基岩的位87l.20，877.00，883.l0m三种运行工况下，原冲刷机理见图2。方案溢洪道出口挑坎上横向水深变化在l.00~上游水位线6.50m范围，分布不均匀，且泄出水量主要集中在Z右侧，水舌平面展宽37.00~62.50m，挑流射程Sl07.00~l70.00m；而修改挑坎后，出口挑坎上水深变化在2.00~5.00m，水舌平面展宽22.50~60.50m，挑流射程l30.00~2l0.00m。堆丘冲坑T现以上游库水位在883.

8、l0m(校核洪水位)的运行工况下，对溢洪道挑流鼻坎水流的横向分布特性进行描述，见图3、图476图2基岩冲刷机