团山子水利枢纽工程溢洪道模型试验研究

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1、团山子水利枢纽工程溢洪道模型试验研究1绪论1.1论文研究的背景及意义随着我国经济的发展，电力已经在人们的生活中占据了越来越高的位置，人们做的每件事基本都离不开电。为了缓解电力分配不均勻的压力，我国正修建一批高水头的大型水利工程。这批规高大于200米，泄流速度超过50rn/s的水利枢纽工程有一部分修建在河谷狭长的山区，自然条件相对复杂。由于泄洪流量较大，因此工程中关系要害的技术问题是研究泄洪建筑物的水力设计和消能防冲⑴。溢洪道是众多泄水方式中最常见的一种泄水建筑物，它是一种开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建

2、筑物，一般由进水段、控制段、泄槽段、消能段和出水段五部分组成。宣泄洪水以保证主体水工建筑物的安全是溢洪道的主要任务。对溢洪道设计的第一要求是保障溢洪道本身的安全稳定，第二要求是必须有足够的泄流能力，最后要求溢洪道的设计中要充分考虑下游消能没有危险，保障不出事故。溢洪道是水库枢纽工程的重要组成部分，它的设计和布置合理与否，直接影响到水库的安全。因为有很多因素会影响溢洪道的设计和施工，我们就可以根据每个因素不同的特点，互相取长补短，在实际操作中，具体问题具体分析，用最经济省力的方法，建设出最实用的工程。..1

3、.2溢洪道水力特性研究的意义随着经济的突飞猛进，社会的发展日新月异，水电事业的发展急速而猛烈，全世界己经建成的大现数以万计，大部分能够正常运行，达到了灌溉、防洪、发电、提高通航条件等目的，取得了预期的效果。但不能忽视大现失事事件的发生，此类事故虽然不多，可带来的后果却是相当惨痛的。例如1977年1月19日到1月30日，巴西圣保罗市以北约320公里帕尔多河上,高52米的尤克利德土现和其下游另一座高41米的土现，在一场相当于万年一遇的大暴雨后，相继失事，事故导致下游农田被俺没,4000居民流离失所。巴西为此成

4、立了大现失事调查委员会，官方认为，这次事故是因为管理运行不善导致。再例如1972年运行的印度马其胡2号现，该现琐高60m，最大泄流速度6000m/s，运行第27年遇上了特大暴雨，实际流速达到14000m/s，最终出现了漫顶事故，事故导致左岸的1066m长度和右岸的700m长度决堤，洪水倾湾而下，无情的冲毁了12700幢建筑，导致20000个生命遇难。通过查阅得知，统计的失事现体中，由于泄流能力没有达到要求造成的水利枢纽出现故障，受到破坏，导致事故的，单土石琐就达到44%以上。当然，琐体失事的原因不尽相同，

5、主要分为基础安全性不达标、泄洪能力没有达到要求、对渗流稳定的处理不妥、还有滑坡、地震等自然不可抗因素和工程质量存在隐患等。而现体出现事故主要的原因还是设计流量低于实际泄流量引起]。由于事故的毁灭性后果，几乎所有工程都会把水利枢纽中泄水建筑物的设计作为重要的研究内容，同时衍生出诸多水利学者对泄水建筑物结构和消能的关注和研究。溢洪道的自身稳定、正常运行和泄流能力与琐体的安全紧密相关，溢洪道是泄水建筑物中非常常见并且被普遍利用的结构。溢洪道在水利枢纽工程中的重要性在水利水电事业蓬勃发展的大环境下越来越被广泛的认

6、识到。各项新技术、新规范、新方法、新思路保障我们的设计在技术可行的前提下，经济最合理，实现经济效益最大化。在各种工况下，溢洪道的安全稳定和正常运行以及泄流能力的大小通过各种水力计算得到保障，各种技术方案、材料的应用得出的方案比选，保障了经济上的合理和最优。..2溢洪道水力特性2.1相关计算基本原理由于本文研究的正槽溢洪道断面是规则的矩形断面，边墙是顺直的。所以，在溢洪道泄槽内部计算时采用由能量方程推导出来的非均勾渐变流水面线的逐段试算法来计算水面线。溢洪道水力特性是溢洪道体型设计中必不可少的部分，它计算的

7、快慢和准确度完全影响溢洪道体型设计和模型试验工作效率及进度，由此可见溢洪道水力特性在溢洪道体型设计中的重要性。此外，随着科学技术的迅速发展，为了使水力特性计算结果能得到更好的理解，人机对话应运而生，就是将计算结果以图形形式表达出来，形成可视化。本章节在模拟计算溢洪道泄槽时釆用经典水力学能量方程，为了推求溢洪道的水面曲线，还编写了计算程序，并且通过Matlab软件实现了程序的可视化，以便更好地为研究溢洪道的水力特性服务。利用非均匀渐变流的理论计算水面线是一种成熟的计算方法，在溢洪道泄槽的顺直段中得到广泛应用

8、，但是在溢洪道泄槽的反弧段和渥奇曲线段已不再适用，所以有必要寻找一种新的适用这些曲线段的方法进行水面线的计算。本文在进行水面线的计算时选用恒定急变流能量方程离散求解的方法，恒定急变流能量方程推导见图2.1[14]。2.2数值求解的实现在2.1.1中讲解过如何求末尾断面水深，主要通过求各断面的断面比能。因为末尾断面上的水深未知，首先要用试算法求得待求断面的水深，然后用这个值求断面比能。而待求的断面未知水深如何通过已知的水深来推求