低坎分流墩的削波机理与其水力设计方法的探讨

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1、广西人学硕士学位论文低坎分流墩的削波机理及，e水力设计方法的探讨符号说明——佛氏数——溢流坝设计水头(m)——低坎坎长——分流墩的收缩比——下游的平均水深(m)——距坎后的距离(m)——波速(m／s)——波浪的平均周期(s)——单宽波能(kN／m)——频率(Hz)——断面平均流速(m／s)——上游水位——泄流量(m3／s)——低坎坎高——低坎坎角——分流墩的墩高(m)——平均波高(m)——均方根(m)——波长fml——重度(N／m31——波能功率——重力加速度(m／s2)——水流主流位置系数——时均能耗散

2、率QaⅡoHo^Y凡geDn地。Bhxc『kFv巩广西大学硕士学位论文低坎分流墩的削波机理及其水力设计方法的探讨§1．1问题的提出第一章绪论作者在“低坎分流墩消能工用于低Fr水流的可行性研究”Ell__文中，介绍了低坎分流墩消能工用于低Fr数水流的可行性。在“低坎分流墩消能工下游紊动、波浪特性研究”【2】一文中，又对低坎分流墩的水流流态、流速分布以及墩后水流的紊动及波浪等方面分析了低坎分流墩在低Fr水流中具有明显的的消能效果，它既可省去下游的护坦又能保护泄水建筑物的安全，体现了低坎分流墩用于低Fr水流的经

3、济性和实用性。低Fr数水流的核心问题是下游水面波浪问题。因此进一步分析分流墩体型参数与波浪间的内在联系，阐明低坎分流墩削波的水流机理，提出分流墩的水力设计方法，选择较优的分流墩方案，对低坎分流墩能在实际工程中推广应用有着重要的意义。§1．2低佛氏数水流的波浪低Fr数水跃的跃后水流一个重要特征就是下游产生一系列波浪。文献【j1指出，当Fr=2．5～4．5时，水流波动更为突出，整个漩滚区充满气泡，底部有一股夹有气泡的摆动射流，时而从底部向面上流，又由面上流向底部，水流一上一下，前后摆动，摆动特性极为敏感，水流

4、极为不稳定，在下游水面形成一系列波浪，这种波称为行进波。波浪现象中水质点里不规则周期性往复振荡，并随着水流往下游运动，从而引起水体的自由表面作起伏波动。图1．2-1是低Fr水跃下游某断面的波浪随时间的变化曲线，由图中可以看出水跃波可以认为是一平稳、各态历经过程。广西大学硕士学位论文低坎分流墩的削波机理及其水力设计方法的探讨rl(m)。t(s90图1．2-l波浪随时问的变化图Fig．1．2-1Therelationshipofwavewithtime波浪是水体一种运动形式，也是能量的一种表现形式。波浪能量的

5、大小，反映经水跃消能后水流余能的大小，较大的波浪对下游岸坡造成掏刷和侧蚀，还会对航运和电厂发电产生不利的影响。这种行进波的源动力来自“摆动水舌”，如果不能有效的控制摆动水舌，则这种波浪将会传播很远的距离：如遇下游为较狭窄的渠道，则能向下游传播达数千米之远：如果下游为宽广的河道，波浪除向下游传播外，还向两侧扩散，对两岸产生危害，影响下游居民区及重要建筑物的安全。对这种低佛氏数水流，人们曾采用面流消能工或戽式消力池来企图将其能量销毁。但实践证明，面流消能工或戽式消力池并未能有效的销毁水流的能量，且未能有效的控

6、制水舌的摆动。因此其水面仍出现一系列波浪并在下游远距离内波动。如广西郁江上的西津水电站，属低水头大型水电站【4】【51，单宽流量为9．3～129m2／s，下游水位变幅达22m。Fr=2，78,-,-4．0，该电站坝址采用面流消能工。自1961年运行以来，下游两岸频频受到波浪的威胁，尤其是流量在5000～8000m3／s时下游波浪更为严重，波浪爬高约1．5～2m，在下游3公里范围内，两岸均遭到不同程度的冲刷：左岸在坝下400m和在2～3公里内的电厂生活区的土质岸坡塌岸，虽采取了岸边护坡，可是每年都有损坏；特

7、别是右岸更为严重，右岸船闸引航道下游约2000m的岸边，已被水流冲刷和崩塌约40m，并形成弯道水流，后用干砌块石护岸，但每年洪水期护面均受不同程度的破坏，从而导致了每年需维修费约6万元。又如吉林省捣让扎加旧他"¨广西大学硕士学位论文低坎分流墩的削波机理及其水力设计方法的探讨的红石水电站㈣为低坝大流量工程，其Fr为2．0--4．5，采用了戽式消力池消能，但池后仍呈剧烈的波动，较大的波浪冲毁了部分右岸公路，并将一万伏厂用电线杆冲倒，下游右岸岸边约1000m范围被淘刷。还有位于浙江省的富春江水电站枢纽工程151

8、，其泄量变化大(Q=2500～33800m3／s)，下游水深变化在13～25m之问，Fr<4．5，采用面流消能工，下游水面波浪汹涌，左岸混凝土护坡处波浪爬高达5—6m，右岸船闸引航道护岸工程的末端也已被淘刷。同样，在其他的工程如大化、麻石【5j等水电站也有类似的情况出现。下游的波浪对通航也有较大的影响，当波浪较大时对通航的干扰较大，从而导致工程需要设置较长的下游引航道才能满足通航要求。如西津水电站【4】[5】的三级船闸，当溢流