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溢洪道是土石坝水电站的重要组成部分,直接影响水库安全运行和调洪泄流能力,也是枢纽水力学的研究重点。金佛山水利枢纽具有水头高、地质条件复杂、下游河道弯曲等特点,受这些因素共同影响将溢洪道布置成长弯道型式。溢洪道长弯道段水流条件复杂,泄流流速急、单宽流量大等特点使得弯道效应突出。横向水位差较大(凸低凹高),易发生水流折冲现象,造成弯道边壁冲击破坏,影响水库的安全运行。本文以重庆南川金佛山弯曲溢洪道作为研究对象,通过三维数值模拟、物理模型试验的手段,研究溢洪道长弯道段水流的特性,运用渠底正加高法改善长弯道段水流条件,结合高低挑坎进行挑流消能,解决了实际工程问题,为以后工程的设计优化提供了参考。主要研究成果如下: (1)水工模型试验研究表明,金佛山溢洪道弯道段无超高方案时,会出现折冲现象,最大水位差大约出现在圆心角9°断面处(弯道顶部偏上游)。当采取渠底超高法,凹岸渠底加高至1.5m时,可有效改善弯道水流条件 (2)数值模拟试验研究表明,对于弯道段渠低不同加高值方案下,综合分析不同泄流量下弯道段的流态、横向水位差以及挑流距离,渠底加高1.5m效果最优。 (3)试验研究表明,高低坎型式的消能效果比扭曲斜切挑坎好,挑出的水流形态和落点更优。依据三维数学模型计算成果,将低坎出口束窄至2.3m,较挑坎进口缩小40%,同时内侧壁面进行放坡设计,可以消除空蚀空化的现象,挑流效果也更好。 (4)通过分析影响弯道段超高值的相关因素和相关经验公式,得到水位差与渠底加高值之间的关系,对水位差公式进行优化,优化后的公式精度更高。