水工模型试验在大型尾矿库排水系统优化设计中的应用研究

分析了现行水工模型试验计算机测控系统的不足,介绍了计算机远程i/o控制的原理和技术特点,并提出了应用计算机远程i/o控制技术,将现行测控系统的模拟通信改为数字通信,构建基于rs_485工业控制网络的远程分布式大型水工模型试验测控系统

博斯坦水库工程水工模型试验按重力相似准则进行设计。根据试验任务要求,水工试验模型为正态模型。通过试验,改进原设计方案的表孔溢洪洞设计,取消隔墙,加长收缩距离,减小收缩角度,将斜井坡度调整变缓,将反弧半径适当加大,降低消力池底板高程。

泄水陡坡作为引水式电站的重要建筑物,维系着整个电站工程的安全运行,在落差和泄量较大的工程中显得尤为重要,而水工模型试验作为工程运行情况的事先模拟,对优化工程设计方案,提高工程安全度具有重要的指导作用,通过理论计算和试验验证,对原设计进行优化,并提出类似工程泄水陡坡设计中应注意的问题,供同行们在工程设计中参考。

福生水电站采用底流式消力池消能。其特点是水头低、流量大,是典型的低佛氏数消能,加之自由溢流坝、翻板门泄水闸、冲沙闸联合泄洪,因此翻板门运行工况有无限制、泄流能力及消能效果能否满足设计要求就需要进行深入研究。经过断面模型试验,优化了辅助消能工布置,改善了流态,缩短了池长,提出了翻板门小洪水工况下的不稳定流范围,为设计提供了依据。

基于某尾矿库模型试验研究,发现排水系统主、支洞交汇区水流衔接流态恶劣、旋滚强烈,影响干支洞的过流能力;亟需改善交汇区流态,保证排水系统在泄洪时的安全稳定。结合工程实际,经多次试验研究,在支洞设置导流楔体以缓解支洞出口水面横比降大、动量分布不均的问题;在主洞设置压浪板、稳流池以改善交汇区水流紊乱、急流折冲的现象。将两类措施综合,提出了交汇区急流控导的稳流装置与交汇区优化体型。试验结果表明,改善后的急流交汇区进、出口水面横比降降低、顶冲水流得到有效控制、流态相对稳定,满足安全泄洪要求,已经被工程采用并有很好的推广应用前景。

在大中型水电站建设中,水工模型试验的重要性已广为大家认可。可是在小水电的建设中,却没有得到一致的认可。有人认为模型试验的结果是设计的前提;还有人认为是没有必要的,他们强调小水电的规模小,相对大中型水电站投资少、经费不足、技术问题不复杂等。由于对水工模型实验的忽视,造成许多小水电站的设计未经模型试验的方案对比,从容的定设计方案,施工匆匆破土动工,其后果是工程后患无穷或是造价大大提高。

惠州抽水蓄能电站下库溢流坝水工模型试验研究——对惠州抽水蓄能电站下库溢流坝进行水力模型试验研究，优化了溢流坝体形，减轻了挑射水舌对右岸坡的冲刷。　　

蒿枝坝水库工程溢洪道侧堰水工模型试验研究——结合蒿枝坝中型水库除险加固工程侧堰溢洪道水工模型试验研究，对侧堰溢洪道的泄流能力、堰面压力、水流流态、水面线等水力学特性进行了观测分析，比较了加大侧槽底坡与堰后加斜坡试验方案和加大侧槽底坡与侧槽左、...

浙江省鄞州区三溪浦水库为一座中型水库,溢洪道采用开敞式布置,溢流堰由正堰和侧堰组成,进口结构型式及水流条件复杂,理论计算较难把握。为验证维修加固工程溢洪道水力计算的合理性,按sl253—2000《溢洪道设计规范》要求进行了模型试验研究。通过各工况下过流能力、水流流态、压力分布、流速分布、水流空化数等方面的综合分析研究,率定出了较为翔实可靠的流量系数、泄槽边墙高度、明渠底坡等设计参数,为优化调整设计和今后水库科学调度提供了可靠依据。

通过建立钦寸水利枢纽溢洪道水工物理模型,对原设计方案下工程实际运行情况进行试验研究与分析,优化了溢洪道进水口左侧护岸、右侧导墙的结构形式和跳流鼻坎位置,从而使泄流流态更平顺,水库调度运行更合理,减少了工程量和工程造价,为工程设计提供了技术依据。

采用水工模型试验研究溢洪道的泄流能力,不同工况下溢洪道闸前、闸后和泄水槽的水力要素以及消力池的消能效果,并对消力池的设计方案提出了优化改进措施,确保溢洪道的安全运行。

通过建立大隆水利枢纽溢洪道水工物理模型,对溢洪道运行的水力特性和体形结构进行试验研究,优化了进水渠左导墙布置、控制段中墩形式和挑流鼻坎尺寸,使泄洪流态更平顺,水库调度运行更合理,满足消能防冲要求,减少溢洪道工程的工程量和造价.

石漫滩水库复建工程不同设计阶段做过多次水工模型试验。试验成果涉及到溢流坝体型确定、泄流能力、消能防冲、施工导流、度汛方案验证等水力学问题。通过模型试验对设计和施工方案进行检验并提出相应建议。

楠溪江供水工程位于著名的楠溪江风景区入口,工程以供水为目的。工程拦河闸为2级建筑物,设计洪水标准50年一遇,校核洪水标准为200年一遇。拦河闸分为左侧的滩地自由溢流段、右侧深槽的挡水闸段、右岸调流闸门和鱼道组成。闸址位于楠溪江潮区界位置,闸下为感潮河段,闸上为山溪性河道,加上河道两侧存在大范围的滩林地,树林茂密、灌木丛生,常年行洪,水流条件非常复杂,常规理论水力计算非常困难。通过1∶100水工模型试验研究,论证闸轴线位置和大闸规模的合理性,优化工程布置,为工程的顺利进行提供科学依据。

弯弯川水电站原来是一条引水发电隧洞,水电站进行挖潜改造,需新修建一条引水隧洞与原来引水发电隧洞并联进行引水发电。通过水工模型试验,确定隧洞并联引水发电比旧洞单独引水发电减少水头损失1.914m,机组的有效工作水头为11.607m,满足设计11.50m工作水头的要求。通过验证试验计算得出旧引水隧洞的糙率n=0.033,新旧隧洞并联引水总流量105m3/s时,旧洞引水流量为66.85m3/s;新洞的引水流量为38.15m3/s。最后,对模型水流与原型的相似性进行了分析。

取水口工程为lng接收站的重要组成部分之一,取水安全直接影响lng接收站的正常运行。结合lng接收站水工模型试验,对lng接收站取水口的水力特性进行研究。工程采用的钢管桩内取水设计方案在国内较为新颖,属于非常规取水结构。定量地分析水位变化、流速变化、不同泵型流道以及淹没深度变化对取水桩内流态的影响。其研究成果可为工程设计提供更为可靠的设计依据。

根据该工程坝址下游特殊的地形条件,结合现场试验条件,通过建立1:60水工模型,对溢流坝在不同运行条件下的水流流态进行观测,验证溢流坝泄流能力,对溢流坝坝面、坝趾反弧段及消力池底板处压力分布进行研究,并通过消能试验优化消能建筑物结构尺寸。

通过建立大隆水利枢纽溢洪道水工物理模型,对溢洪道进水渠左导墙、控制段中墩和挑流鼻坎尺寸进行优化,使泄洪流态更平顺,水库调度运行更合理。在此基础上对溢洪道的消能和防冲效果进行研究,在满足设计要求的同时减少挑流鼻坎的工程量,降低溢洪道的工程造价。

平班水电站二期导流采用底孔导流方式,其导流标准高,流量大,底孔出口下游要求水流不能把泥沙带进尾水渠,下游河床只允许轻微的冲刷,试验中通过设置导流墙、刺墙、护面等等工程措施,取得了满意的消能防冲效果。截流工程流量大,龙口地形复杂、落差大、单宽功率大,合龙处右侧为光滑的混凝土围堰,材料不易稳定。试验采取不同的进占抛投方式和变换流量等手段,使截流一气呵成,顺利合龙。

溪洛渡水电站泄洪洞采用龙落尾式布置,由于水头高,水流在龙落尾后,流速可达到40~50m/s,属于水利工程的超高速水流问题,体型稍有不慎,容易造成极大的破坏。通过1∶45的水工模型试验,分析出溪洛渡水电站泄洪洞原设计体型存在的主要问题为反弧末端附近掺气浓度低和出口挑流水舌冲击河道对岸。通过增设掺气坎,修改挑坎体型和洞身曲线,对泄洪洞体型进行了优化。并通过模型试验对优化体型进行了检验。

根据福生水电站冲沙闸佛氏数低消能效果差的特点,采用物理横型试验方法对冲沙闸的泄流能力、水面线、流态、消能效果及对下游河道冲刷影响进行了试验研究,提出了优化后的消耗建筑物型式和结构尺寸,为设计提供了依据。

对羊头铺水电站的泄流能力、消能效果、拉沙能力进行了物理模型试验。通过水工模型比对试验,采用二级复式消能能较好地解决泄流消能的问题,保证下泄流速在相对安全的范围内;同时在原设计方案的基础上,对坝址和拦沙坎等结构进行了优化,所取得的试验成果对工程设计有一定的指导意义。图3幅,表2个。