某水库水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力与消力池体型优化试验研究.docx

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某水库水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力与消力池体型优化试验研究

学号：

2013012120

2017届本科生毕业论文（设计）

题目：

楼庄子水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力与消力池体型优化试验研究

学院（系）：

水利与建筑工程学院

专业年级：

水利水电工程2013级

学生姓名：

许今达

指导教师：

徐根海

合作指导教师：

完成日期：

中国陕西杨凌

第二章楼庄子水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力与消力池体型优化试验研究5

2.7.1泄洪冲沙兼导流洞全开时的泄流能力8

附录一（论文照片）

附录二（论文图纸）

附录三（译文）

致谢

楼庄子水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力

与消力池体型优化的试验研究

作者：

许今达专业年级：

水利水电工程2013级指导老师：

徐根海

摘要：

80年代以来，随着我国经济的高速发展，用水用电压力逐步增大，但是随着数百座高水头、大泄量水电站的落成及交付使用，我国的用水用电压力已逐步得到缓解。

本文依托于楼庄子水库水工模型试验，通过对楼庄子水库泄洪冲沙兼导流洞的相关数据分析，制作模型比尺1:

40的水工模型，进行原设计方案泄流能力试验、原设计方案特征工况试验以及消力池体型优化试验。

观察试验过程中水流的流态和河道冲淤情况，通过布置消力墩、改变尾坎体型和改变消力池长度来改善消力池的水流流态和减轻下游河道的地形冲淤。

试验表明，在消力池内布置合理地消力墩以及尾坎体型，同时延长消力池长度，可以明显提高消能防冲能力。

关键词：

消能防冲；消力池；导流洞；泄洪冲沙

TheExperimentalofReservoirofLouZhaungZiStudyonFloodDischargeCapacityandShapeOptimizationofStillingBasininFloodDiversionandSedimentLadenDiversionTunnel

Abstract:

Sincethe80s,withtherapiddevelopmentofChina'seconomy,waterelectricitypressureincreasegradually,butwithhundredsoftheinaugurationofthehighwaterheadandlargedischargeofhydropowerstationandconsignisused,electricitywithwaterpressureinChinahasgraduallyeasedLouZhuangzireservoirhydraulicmodeltest,thisarticleonfloorbyLouzhuangzireservoirwaterflushingandrelateddataanalysisofdiversiontunnel,makingmodelscaleof1:

40hydraulicmodel,thedischargecapacitytestoftheoriginaldesignscheme,workingconditionoftheoriginaldesignfeatures,testandstillingbasinshapeoptimizationtest.Observedintheprocessofthetestwaterchanneldepositionanderosionintheflowpatternandsituation,throughthearrangementofthebafflepier,improvecandyshapeandchangethelengthofthestillingbasintostudytheflowregimeofstillingbasinandanalysisofdownstreamriverchannelscouringandsiltingintheterrain.Testshowedthatdecoratereasonablybafflepierinstillingbasinanditstailshape,extendthelengthofthestillingbasinatthesametime,theimpingementcanobviouslyincreasetheenergydissipationcapacity.

Keywords:

energydissipationandscour;stillingbasin;diversiontunnel;floodandsedimentdischarge

第一章绪论

1.1引言

21世纪是能源争夺的一个世纪，有资源就有基础、资本发展强大。

我国的水电资源开发仅次于美国，成为世界水电资源开发第二大国，这为我国的高速发展打下了坚实的基础。

我国的水电开发是一个长时期的过程，从前期的地形勘测，到选址理论分析可行性，再到大坝整体设计科学性、可靠性讨论研究，之后的拍板进行设计、建造、施工，到最后的运行、验收，这一系列的工作都需要大量的时间、经历，不可能一蹴而成。

伴随着社会经济的进步，对水力资源的利用将变得越来越高效，对环境保护的要求越加严苛，电力结构的合理性和稳定性趋向于一个更高的层次，来适应生活水平变高的民生要求和国家的高速发展。

一般来说，洪水期毕竟很短暂，水库蓄水发电是水库的正常运行工作，对下游河道不会产生较大的冲刷，对大坝的稳定性没有什么影响。

然而，在泄洪过程中，水库来水过多，就必须从泄水建筑物直接向下游泄水，此时高水头的水流携带强大的势能直接转化为动能，一定会对下游河道造成严重冲刷，流态紊乱，同时还会可能影响到大坝坝脚[1]。

因此，泄水建筑物是水利枢纽关键性的建筑物之一，关于泄水建筑物的设计的这一部分一定要万分重视。

1.2泄水建筑物概述

泄水建筑物是用来排放多余水量、泥沙和冰凌等，具有安全排洪,放空水库的水工建筑物。

在水利枢纽中，泄水建筑物占据着极其重要的地位，不论是泄洪排水、灌溉用水、生活用水、发电等等都离不开泄水建筑物。

它的工程造价一般占整个枢纽造价的40%-60%左右，因此搞好泄水建筑物的设计，是整个坝工设计的关键一环[2].因此，泄水建筑物的设计和稳定安全也成为这个水利枢纽工程中的重中之重。

1.2.1泄水建筑物的分类及作用

按泄水方式分类

（1）坝顶溢流式。

在大坝顶部设置溢流口，排泄洪水时水流以自由堰流的形式经过大坝表面。

（2）大孔口溢流式。

这种大坝形式，往往在大坝上部利用胸墙部分进行挡水，这样可以降低堰顶高程，有利于大坝下泄洪水。

（3）坝身泄水孔。

一般将进水口的位置布置在设计水位以下一定的深度，利用坝身泄水。

（4）明流泄水道。

如岸边溢洪道、导流明渠泄水。

（5）泄水隧洞[3]。

按功能分类

（1）泄洪建筑物。

排放掉该建筑物本身设计水位不能够承受的洪水，一般作为泄洪使用，平时也可以进行排水，如泄洪洞、溢流坝以及各种泄洪隧洞等

（2）泄水孔。

向下游排泄一定量的用水；检修枢纽建筑物是放空水库；必要时可以泄放洪水，冲沙防淤，保护枢纽建筑物的安全和维持正常使用[4]。

按枢纽布置分类

（1）河床式。

这种形式泄水建筑物一般建造在河床之内，与挡水建筑物合为一体，因此具有挡水作用，由大坝坝体直接排泄洪水。

一般多用在混凝土坝和砌石坝等坝型的设计建造。

（2）河岸式。

此坝型的泄水建筑物多建造于坝体之外的两岸和合适的地形。

由此可以看出，河岸式的布置还是比较灵活的，在工程上多设计泄水隧洞和河岸溢洪道，一般多用在设计建造土石坝和轻型坝等坝型[5]。

1.2.2泄水建筑物的选择及运行方式

泄水建筑物形式多种多样，其选择与布置必须结合整个枢纽布置以及相应的水文、地形地质、施工、经济等条件，通过技术经济论证分析、从各种可行汇总方案中，本着既安全又经济的原则进行选定[6]。

1.3水工隧洞概述

在水工建筑物的建造中，需要在地面以下开凿满足工程需求的一些隧洞，称之为水工隧洞。

按照隧洞的功能可进行如下划分[7]；

（1）泄洪洞，主要功能是配合溢洪道排洪，是主要泄洪建筑物之一。

（2）引水发电洞，引水发电，也可做灌溉、供水、航运。

（3）冲沙洞，主要作用是排放泥沙，对水电站的正常运行和提高使用年限有较大的作用。

（4）放空洞，主要用于人工作业和必要时对建筑物进行检修。

（5）导流洞，在水工建筑物的施工期进行施工导流。

1.3.1水工隧洞的组成及其结构布置

水工隧洞在结构上一般由进口段、洞身段、出口消能段这三个部分组成。

（1）进口段。

位于水工隧洞进口处，用于操控进口段的水流流态和形式。

包括进水口、闸门室、通气孔、拦污栅和渐变段几个部分。

进口形式有竖井式、塔式和岸塔式，按照当地的地形、地质条件，经济条件，技术要求选择合适的进口形式。

隧洞的进水口体型应该与孔口泄流的流态相近，尽量消除不好的负压和空蚀破坏，尽可能降低水头的损失，提高泄流量[8]。

（2）洞身段。

主要用于放水和输水，通常会进行衬砌：

主要是保证隧洞的安全和结构稳定。

洞身断面形式一般由水流流态、施工条件及工作条件等确定。

无压隧洞一般采取圆拱直墙形（城门洞型）断面，适于承担铅直围岩压力，并且方便开挖和衬砌；有压隧洞多采取圆形断面，因为这种断面水流条件和受力条件比较有利，对于结构稳定和水力利用效率比较高。

洞身断面尺寸要结合工作要求和当地地形、地质进行设计建造，还要进行水力计算，必要时需要通过水工模型试验验证[9]。

（3）出口消能段。

用以连接消能设施。

由于下泄水流一般都具有破坏作用的动能，为了防止建造物被水流过度损耗，提高建筑物的稳定性，所以需要进行消能，降低水流的动能。

泄水隧洞大都采用挑流消能，其次是底流消能。

近年来，国内也在研究和采用新型消能工，如窄缝挑流消能、洞内突扩消能、洞内旋流消能等[10]。

本论文主要以楼庄子水库工程水工整体模型试验为依托，本次试验采用一洞多用，对大坝右侧的泄洪冲沙兼导流洞从体型设计、泄水能力及消力池体型优化等方面进行研究，从而确定最终方案，指导设计。

第二章楼庄子水库泄洪冲沙兼导流洞泄洪能力

与消力池体型优化的试验研究

2.1工程概况

楼庄子水库工程地处新疆头屯河上游中低山区，离下游昌吉市硫磺沟镇楼庄子村8km，离乌鲁木齐市89km。

楼庄子水库坝址以上集水面积为1174km2。

多年平均流量为7.27m3/s，多年平均径流量为2.293亿m3。

楼庄子水库总库容为7374万m3，大坝最大坝高82.6m。

防洪标准：

大坝设计洪水标准为100年一遇，洪峰流量Q=405m3/s；校核洪水标准为2000年一遇，洪峰流量Q=750m3/s。

消能防冲建筑物的设计洪水标准为30年一遇，最大入库洪峰流量Q=277m3/s。

2.2泄洪冲沙兼导流洞布置

泄洪冲沙兼导流洞是集合了泄洪、冲沙、导流的隧洞，在工程建设前期作为施工导流，运行后主要泄洪冲沙，设置于河床的右岸。

泄洪冲沙兼导流洞包括进口段、闸井段、洞身段、出口消能段四段构成，总长度712m，采用底流消能。

进口段：

桩号导0-172.000～导0+000.000m为进口段，包括进口引渠和进口隧洞段。

桩号0-172.000～0-120.000m段为引渠段，长52m，底板高程为1336.20m，纵坡i=0，主要断面的型式是矩形，其中引渠的底板的宽度为4m。

桩号导0-120.