水利工程水力設(shè)計理論與計算方式

1、水利工程水力設(shè)計理論與計算方式概述概述 我國大中型我國大中型水利水電工程建設(shè)突飛猛進，理論與水利水電工程建設(shè)突飛猛進，理論與計算方法有很大發(fā)展。如：計算方法有很大發(fā)展。如：樞紐布置樞紐布置，各種復(fù)雜，各種復(fù)雜過過堰堰;各種復(fù)雜泄流各種復(fù)雜泄流孔及泄洪洞孔及泄洪洞設(shè)計設(shè)計; 溢流壩和岸邊溢流壩和岸邊溢洪道溢洪道設(shè)計設(shè)計;各種新型消能工，包括各種新型消能工，包括挑流消能挑流消能、底流消能底流消能、面流及戽流消能面流及戽流消能、井式消能等；、井式消能等；工工程運行程運行期間的期間的原型原型水力水力觀測及其觀測及其水力模擬試驗水力模擬試驗。峽谷河段、寬谷河段樞紐布置的特點和泄洪消峽谷河段、寬谷河段樞紐

2、布置的特點和泄洪消能的關(guān)系，特低堰的水力特征與選型設(shè)計，拱能的關(guān)系，特低堰的水力特征與選型設(shè)計，拱壩大孔口和峽谷高壩的泄洪消能，臺階壩面、壩大孔口和峽谷高壩的泄洪消能，臺階壩面、寬尾墩、寬尾墩、T形墩、水筏道和魚道等技術(shù)的新發(fā)形墩、水筏道和魚道等技術(shù)的新發(fā)展和設(shè)計應(yīng)用經(jīng)驗展和設(shè)計應(yīng)用經(jīng)驗。研究河道、航道整治Nagare Bridge(Floating Bridge)引航道引航道整治建筑物功效(Photo taken on March 25, 2006)Permeable groinImpermeable groinNagare BridgeDainikeihan BridgeTower fou

3、ndation寶達碼頭擴建碼頭海警碼頭興發(fā)碼頭YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44YR43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47YL46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL1

4、6YL15YR16YR17YR18YR19擬擴建碼頭位置擬擴建碼頭位置甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微彎蛇曲狀，曲折系數(shù)，具有蜿蜒型河段的特點。兩岸修建大量碼頭，影響行洪及河道變化潮汐河流潮汐河流 河口河口淤淤積積區(qū)區(qū)研究橋墩、碼頭局部沖刷概述概述 一、河流模擬定義（一、河流模擬定義（definitiondefinition） 通過一定的通過一定的技術(shù)手段技術(shù)手段，重現(xiàn)河流過程，研究河流變化，重現(xiàn)河流過程，研究河流變化規(guī)律，解決河流工程問題的技術(shù)。規(guī)律，解決河流工程問題的技術(shù)。 二、河流模擬作用（二、河流模擬作用（function） 1.1.認(rèn)識河流演變規(guī)律、調(diào)整機理認(rèn)識河流演變規(guī)律、調(diào)整機理

5、黃河黃河 2.2.解決河流工程技術(shù)問題：解決河流工程技術(shù)問題：工程與生態(tài)治河、航運交通工程與生態(tài)治河、航運交通黃黃 三、學(xué)習(xí)目的：三、學(xué)習(xí)目的：工程應(yīng)用（工程應(yīng)用（長江、黃河長江、黃河），理論發(fā)展），理論發(fā)展 四、主要研究方法（四、主要研究方法（分類分類）：）： 數(shù)模：數(shù)模：numerical simulation numerical simulation 物模：物模：scale model scale model 1.1.物模物模 以相似理論為工具，制作實體模型以相似理論為工具，制作實體模型 模擬河流及工程本身與水流泥沙條模擬河流及工程本身與水流泥沙條件；件； 量測模型各控制點的水力要素與河

6、量測模型各控制點的水力要素與河床變形；床變形； 按相似理論獲取實際原型河流及工按相似理論獲取實際原型河流及工程所需水力要素及河床變形，優(yōu)化程所需水力要素及河床變形，優(yōu)化工程設(shè)計與河流管理。工程設(shè)計與河流管理。“水利水運及治河試驗廳水利水運及治河試驗廳”長長105m105m，寬，寬40 m40 m，有清，有清渾水兩套循環(huán)系統(tǒng)，可渾水兩套循環(huán)系統(tǒng)，可進行大型河工模型試驗。進行大型河工模型試驗。是河南省高校重點實驗是河南省高校重點實驗室培育基地建設(shè)項目。室培育基地建設(shè)項目。 小浪底壩區(qū)動床小浪底壩區(qū)動床河工模型試驗河工模型試驗豐寧抽水蓄能電站下水庫水工模型試驗豐寧抽水蓄能電站下水庫水工模型試驗 厄瓜

7、多爾CCS水電站尾水洞工程模型試驗 伊洛河偃師段二期河道治理工程尾礦尾礦庫庫排水排水系統(tǒng)系統(tǒng)及模及模型型國家國家自然自然科學(xué)科學(xué)基金基金重點重點項目項目灤河防洪與生態(tài)綜合灤河防洪與生態(tài)綜合治理研究：河工模型治理研究：河工模型 Q=4000m3/s研究河道、航道整治槽槽灘灘嫩嫩主主地地灘灘板板樁樁潛潛壩壩四 典型河段概化板樁潛壩實體圖透水潛樁壩河流與工程的相互影響河流與工程的相互影響總干渠與倒虹吸交叉建筑物總干渠與倒虹吸交叉建筑物 河道治理工程模型全景伊洛河交匯河段灤河防洪與生態(tài)綜合治理模型試驗灤河防洪與生態(tài)綜合治理模型試驗（遷安段）（遷安段） 通過物理模型試驗和數(shù)值模擬研究，研究綜合治理對河道

8、大洪水行洪有何影響，治理工程能否滿足河道綜合治理的要求 VDMS動態(tài)監(jiān)測局部數(shù)字化流速場瀾滄江苗尾水電站河道截流模型試驗瀾滄江苗尾水電站河道截流模型試驗導(dǎo)流洞導(dǎo)流洞截流戧堤斷面截流戧堤斷面導(dǎo)流洞進口導(dǎo)流洞進口導(dǎo)流洞出口導(dǎo)流洞出口TIDE-2000TIDE-2000非恒定流潮汐控制系統(tǒng)非恒定流潮汐控制系統(tǒng) 黃河內(nèi)蒙河段流量為632m3/s時的打不素險工河勢西柳溝 黃河內(nèi)蒙河段高含沙支流西柳溝毛不拉孔兌 黃河內(nèi)蒙河段高含沙支流仿生態(tài)魚道模型試驗仿生態(tài)魚道模型試驗2.2.數(shù)模數(shù)模 以水流、泥沙運動及河床變形方程以水流、泥沙運動及河床變形方程為理論基礎(chǔ)，選擇求解方程的數(shù)值為理論基礎(chǔ)，選擇求解方程的數(shù)值

9、計算方法，建立河流數(shù)學(xué)模型。計算方法，建立河流數(shù)學(xué)模型。 給定河流及工程邊界條件與水流泥給定河流及工程邊界條件與水流泥沙條件；以計算機為工具；沙條件；以計算機為工具； 通過數(shù)學(xué)模型模擬計算河流及工程通過數(shù)學(xué)模型模擬計算河流及工程所需水力要素及河床變形，優(yōu)化工所需水力要素及河床變形，優(yōu)化工程設(shè)計與河流管理。程設(shè)計與河流管理。 河流數(shù)值模擬河流數(shù)值模擬NoImage河流數(shù)值模擬河流數(shù)值模擬黃河下游河道二級懸河研究黃河下游河道二級懸河研究（東壩頭高村）（東壩頭高村） 開封開封鄭州鄭州東壩頭東壩頭高村高村寶達碼頭擴建碼頭海警碼頭興發(fā)碼頭YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44Y

10、R43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47YL46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL16YL15YR16YR17YR18YR19擬擴建碼頭位置擬擴建碼頭位置甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微彎蛇曲狀，

11、曲折系數(shù)，具有蜿蜒型河段的特點。兩岸修建大量碼頭，影響行洪及河道變化潮汐河流潮汐河流 河口河口淤淤積積區(qū)區(qū)Fig.9ComparativeSketchofmainstreamlineBackNoImageNoImage自然狀態(tài)，20年一遇全流場洪水流態(tài)及河勢（Qmax=7594m3/s，） 二 級 沉 砂 池二 級 沉 砂 池R3L410退 水退 水10L 4R 3二 級 沉 砂 池二 級 沉 砂 池自然狀態(tài)，30年一遇全流場流態(tài)及河勢（Qmax=9280m3/s，） 伊洛河交匯河段第一章第一章 樞紐布置與綜述樞紐布置與綜述 峽谷河段樞紐布置和泄洪消能問題峽谷河段樞紐布置和泄洪消能問題 幾個工

12、程的低弗勞德數(shù)消能綜述幾個工程的低弗勞德數(shù)消能綜述 分汊河道中的樞紐布置與水力學(xué)關(guān)系的研究分汊河道中的樞紐布置與水力學(xué)關(guān)系的研究 溢洪道設(shè)計的新發(fā)展溢洪道設(shè)計的新發(fā)展 臺階式泄槽溢洪道的水力特性和設(shè)計應(yīng)用臺階式泄槽溢洪道的水力特性和設(shè)計應(yīng)用 寬尾墩聯(lián)合消能在中低水頭工程中的應(yīng)用寬尾墩聯(lián)合消能在中低水頭工程中的應(yīng)用 T形墩消力池的研究與應(yīng)用形墩消力池的研究與應(yīng)用 泄水建筑物水流脈動壓力分析泄水建筑物水流脈動壓力分析 水利水電樞紐工程水力設(shè)計系統(tǒng)水利水電樞紐工程水力設(shè)計系統(tǒng)第二章第二章 堰流堰流 溢洪道特低堰水力設(shè)計的一些經(jīng)驗溢洪道特低堰水力設(shè)計的一些經(jīng)驗 低壩淹沒泄流能力分析及計算方法探討低壩淹

13、沒泄流能力分析及計算方法探討 薄壁堰流量計算式探討薄壁堰流量計算式探討 折線型實用堰過流能力研究折線型實用堰過流能力研究 大淹沒度下低堰泄流能力若干問題大淹沒度下低堰泄流能力若干問題 迷宮堰的水力特性和設(shè)計計算方法迷宮堰的水力特性和設(shè)計計算方法 迷宮堰泄流能力試驗及簡易計算方法改進迷宮堰泄流能力試驗及簡易計算方法改進第三章第三章 孔流及泄洪洞孔流及泄洪洞 拱壩泄流孔口型式的試驗研究及原型泄流 泄水底孔的壓坡線性質(zhì)及壓力計算 確定壓力底孔流量系數(shù)的新方法 壓力輸水道平板閘門后最低壓力值的確定方法 壓力輸水道平板閘門后最低壓力值的計算 水電站壓力隧洞破裂后閘后壓力最低值及管道局部剝蝕的原因分析 無

14、壓洞的水力特異性第四章 溢流壩和岸邊溢洪道 溢流壩的幾個水力學(xué)問題溢流壩的幾個水力學(xué)問題 溢流壩臺階壩面的水力特性溢流壩臺階壩面的水力特性 溢洪道摻氣減蝕試驗研究溢洪道摻氣減蝕試驗研究 高速水流反弧段體型研究與應(yīng)用高速水流反弧段體型研究與應(yīng)用 岸邊有閘溢洪道的布置與進口體型岸邊有閘溢洪道的布置與進口體型 岸邊式溢洪道體型選擇中的幾個問題岸邊式溢洪道體型選擇中的幾個問題 岸邊溢洪道的消能與防沖岸邊溢洪道的消能與防沖 岸邊臺階式泄槽溢洪道岸邊臺階式泄槽溢洪道 超蓄引發(fā)的水力學(xué)問題超蓄引發(fā)的水力學(xué)問題第五章第五章 挑流消能挑流消能 拱壩下游河床和岸坡沖刷拱壩下游河床和岸坡沖刷 溢流壩挑流鼻坎的運行與

15、改建溢流壩挑流鼻坎的運行與改建 確定最大挑流射程的方法確定最大挑流射程的方法 挑流水舌對巖石河床局部沖刷的研究挑流水舌對巖石河床局部沖刷的研究 凹曲率完全連續(xù)的反弧段體型的研究與應(yīng)用凹曲率完全連續(xù)的反弧段體型的研究與應(yīng)用 溢流壩收縮式邊墻低尾坎消能新型式研究溢流壩收縮式邊墻低尾坎消能新型式研究 寬尾墩寬尾墩-挑流聯(lián)合消能在水電站中的應(yīng)用挑流聯(lián)合消能在水電站中的應(yīng)用 拱壩下游沖刷坑動水壓力測量的初步分析拱壩下游沖刷坑動水壓力測量的初步分析 溢流壩下游沖坑底部動水壓力的初步估算溢流壩下游沖坑底部動水壓力的初步估算 淺談?wù)p式消能工在泄水建筑物中的應(yīng)用淺談?wù)p式消能工在泄水建筑物中的應(yīng)用 寬尾墩在水

16、電站挑流消能中的作用研究寬尾墩在水電站挑流消能中的作用研究第六章第六章 底流消能底流消能 水電站工程短消力池設(shè)計 低壩趾墩消力池的應(yīng)用 溢流壩T形墩消力池的試驗研究 寬尾墩-T形墩消力池聯(lián)合消能在修復(fù)工程中的作用探討 低壩工程底、面流混合消能工的試驗與運行 水電站壩下沖、淘刷原因分析及處理第七章第七章 面流及戽流消能面流及戽流消能 寬河谷低壩消能的發(fā)展趨向 水電站溢流壩戽流流態(tài)的試驗研究 戽流消能在堡口工程中的應(yīng)用 寬尾墩-面流鼻坎消能工的水力計算初探 國內(nèi)幾處低鼻坎消能工的運行情況 面流消能工的運行情況及防治措施第八章 工程運行、原型觀測及其他 涔天河筏道的試驗研究和原型運行情況涔天河筏道的試驗研究和原型運行情況 洋塘魚道的布置與運