围堰残埂形式对分流能力影响的数值模拟研究

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为了修建水电站的主体工程,对河流的拦断截流必不可少,于是河流中原先的水流便会随相应的导流建筑物所分走,而导流建筑物的导流能力,直接决定了截流的难度与成败。导流建筑物的导流能力则受多种因素的制约,其主要因素有:导流建筑物规模大小、导流型式、底坡、转弯半径、糙率及进出口高程等。还有一个重要的影响因素便是围堰拆除不完全所留于水下的围堰残埂,它的形式直接决定过流断面,从而影响过流能力的大小,进而对截流、防渗等产生一定的影响。本文以常用导流建筑物形式中的明渠和隧洞围堰残埂为研究对象,以向家坝和黄登水电站工程为背景,利用计算流体力学方法,构建导流明渠和导流隧洞泄流数值模拟平台,并利用水工模型试验结果对数值计算成果加以验证。  本研究主要内容包括:⑴选取向家坝和黄登水电站工程,建立明渠和导流隧洞三维数值模型,并经过模型试验实测数据验证数值模型的实用性和可靠性,模拟结果可为作为模型试验的补充。⑵通过比较向家坝明渠上、下游残埂对过流能力的影响得知,上、下游残埂对明渠的过流均有影响,其中下游比上游残埂对明渠的过流能力影响更大。当下游为4m、6m残埂时明渠首水位上升显著,实际工程中应极力避免。⑶通过数值运算,比较不同形式的围堰残埂,针对工程提出较优的残埂组合。在明渠中,当来流为4290m3/s流量时,上游6m与下游2m的残埂组合是拆除面积较小而过流能力较强的组合;在3500m3/s工况和2600m3/s工况中,较为合适的组合均为上游4m与下游2m残埂组合。⑷向家坝明渠中,通过不同拆除位置的上、下游残埂组合比较,得知:上游拆除中间、下游拆除右边围堰更有利于明渠的过流,6(M)—4(R)组合相比4—2组合拆除面积更小,而过流能力则相对较大,在实际拆除过程中可优先考虑。⑸在黄登隧洞围堰残埂中,通过比较进、出口残埂单独存在对过流能力的影响得知,导流洞进口残埂对导流洞的过流能力有一定的影响,尤其泄流量较小时影响相对较大,随着泄流量的增加,残埂对导流洞的泄流能力的影响逐渐降低;导流洞出口残埂则对过流影响不大,与进口残埂相比,几乎可以忽略。⑹通过数值计算,发现在黄登隧洞围堰残埂中,拆除左边围堰比中间和右边围堰过流能力更大、流态更好,在工程中应该主要考虑拆除左边围堰。
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