孔板在改善溢洪道弯道急流流态中的应用研究.pdf

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1、第42卷第4期人民长江Vo1．42，No．42011年2月YangtzeRiverFeb．，2011文章编号：1001—4179《2011)04—0078—03孔板在改善溢洪道弯道急流流态中的应用研究宓永宁，刘志勇，范远东，耿忠。(1．沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳110866；2．辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳110006；3．葫芦岛市水利局，辽宁葫芦岛125001)摘要：为了在较短的距离内消除经圆弧溢洪道集中下泄水流的大部分动能，并改善水流在平面及过水断面上的流态，根据弯道急流的特点，并结合龙屯水库弯曲溢洪道的工程实践，对在溢洪道上设置的孔板消能工进行了模型试验研究。结果

2、表明：在溢洪道泄槽上设置孔板，可改善弯道冲击波在光滑溢洪道上形成的折冲水流的恶劣流态，使消力池内涌浪高度减小，水流流态相对稳定，主流冲击波基本消失。对整个试验过程作了详细介绍。关键词：弯曲溢洪道；孔板；消能；急流冲击波中图法分类号：TV651．11文献标志码：A溢洪道作为一种泄水建筑物，常因地质、地形、工模型试验，对在光滑溢洪道上设置孔板消能工进行深程结构等条件的限制，在平面上被设计成圆弧型弯道入研究。的形式。经溢洪道下泄的洪水，本身就具有单宽流量1孔板消能机理大、流速高、能量集中的特点，再加上惯性离心力和大坡降的共同作用，会在弯道下游产生急流冲击波，直接在宽敞式溢洪道上设置孔板，虽

3、与最早由克纳普影响下游水流的衔接和消能，对下游河床及建筑物造提出的斜槛法以及泄洪洞里的孔板消能法有相似之成破坏⋯。因此，选择合理的消能方案，在下游较短处，但孔板又有其独特的特点。它是利用通过孔口的距离内，用最有效的措施将集中下泄的水流的大部水流的突然扩散、内部剪切磨擦与碰撞的强烈紊动来消杀巨大能量，被消杀的能量绝大部分转换为热能，被分动能消除，以及改善水流在平面上及过水断面上的水流带走j。另外，在溢洪道泄槽内增设孔板后，在流态，一直是泄水建筑物设计中的一个重要课题。板前形成淹没水流和强迫水跃，从板上跃过的水流与目前，在消减弯道急流冲击波工程实践方面，其孔中出流形成紊乱掺气水流，能有效

4、消掉下泄洪水的基本原理主要可归于两类：一类是施加侧向力，即采用能量。工程措施，向弯道水流施加作用力，使它与水流所受的孔板消能的影响因素主要有孔板的孔面积比率、离心力相平衡，以达到消除扰动的目的；另一类是干扰孔板高度及孔板间距等。处理，即在曲线的起点和终点，引入一种与原来的扰动大小相等、相位相反的反扰动，来消除原来扰动的影2工程实例响-z。目前针对弯曲溢洪道优化设计，出现了一些如缓和曲线法、斜底法、斜槛法等较为经验的方法。本文2．1工程概况将在介绍孔板消能机理的基础上，结合工程实践进行龙屯水库库容为1．15亿m，根据《水利水电工程收稿日期：2010—11—03作者简介：刘志勇，男，硕士

5、研究生，研究方向为水工材料及岩土工程。E—mail：lzyrainbow@163．son通讯作者：宓永宁，男，教授，博士生导师，博士，主要从事建筑材料、岩土工程以及环境水利方面的教学和科研工作。第4期宓永宁，等：孔板在改善溢洪道弯道急流流态中的应用研究79等级划分及洪水标准》(SL252—2000)，该工程为大溢洪道下游泄槽时，形成两股水流，这两股水流相互作(1／)型水库。其平面布置见图1。用，主流扩散折冲转向，使水面形成斜向波浪，水深沿溢洪道设计方案为三弯道四孔敞泄式溢洪道，单断面分布很不均匀，在溢洪道末端主流仍位于右岸。孑L净宽为10．0m，泄流总净宽为40．0m，堰型为WES曲

6、线型实用堰，溢洪道控制段后接弯道段。图2光滑泄槽50a一遇洪水沿程水深图1龙屯水库溢洪道平面布置2．4．2控制断面流速2．2模型设计方案的流速控制断面设在桩号0+704，实测模型按重力相似准则设计，几何比尺为1：50。模数据如表1所示。型模拟桩号0+0．00以上120m，铅丝石笼下游100m表1光滑泄槽方案50a一遇洪水控制断面流速实测值m／(桩号为0+804处)的地形，整个模型包括上游稳水池、平水溢流设施、300II1的库区河道、溢洪道以及铅左岸中心线右岸上=中下上中下上中下丝石笼下游至0+804m断面的下游河道和量水堰等4．454854186．364324．686．497．045

7、．74部分。溢洪道采用有机玻璃制作。库水位用设在库内的旁通管量测，沿程各断面水由表1可以看出，在桩号0+704rn断面上，由于位采用水位测针量测，各点压强采用测压管量测，流速受到光滑泄槽折冲水流的作用，右岸的流速明显大于采用智能LGY一1I微型旋浆流速仪量测。水流流态左岸，断面上呈不对称分布；在垂向分布上，一般表面用数字摄相机录下各个试验工况下的典型流态。同时流速大于底部流速，且控制断面流速大于设计的最大用照相机拍下典型流态照片。水跃、涌浪、漩涡的位置流速