2020水利工程水力設(shè)計理論與計算方法ppt課件

1、水力設(shè)計實際水力設(shè)計實際與計算方法與計算方法 hydraulic theory and hydraulic theory and computing methodcomputing method主講教師：主講教師：孫東坡教授孫東坡教授概述概述 我國大中型水利水電工程建立突飛猛進(jìn)，水力設(shè)我國大中型水利水電工程建立突飛猛進(jìn)，水力設(shè)計實際與計算方法有很大開展。如：樞紐布置，計實際與計算方法有很大開展。如：樞紐布置，各種復(fù)雜過堰水流設(shè)計各種復(fù)雜過堰水流設(shè)計;各種復(fù)雜泄流孔及泄洪洞設(shè)計各種復(fù)雜泄流孔及泄洪洞設(shè)計; 溢流壩和岸邊溢流壩和岸邊溢洪道設(shè)計溢洪道設(shè)計;各種新型消能工，包括挑流消能、各種新型消能工

2、，包括挑流消能、底流消能、面流及戽流消能、井式消能等；工底流消能、面流及戽流消能、井式消能等；工程運(yùn)轉(zhuǎn)期間的原型水力觀測及其水力模擬實驗。程運(yùn)轉(zhuǎn)期間的原型水力觀測及其水力模擬實驗。峽谷河段、寬谷河段樞紐布置的特點(diǎn)和泄洪消峽谷河段、寬谷河段樞紐布置的特點(diǎn)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)的新開形墩、水筏道和魚道等技術(shù)的新開展和設(shè)計運(yùn)用閱歷。展和設(shè)計運(yùn)用閱歷。研討河道、航道整治Nagare Bridge(Floating B

3、ridge)引航道引航道整治建筑物效果(Photo taken on March 25, 2019)Permeable groinImpermeable groinNagare BridgeDainikeihan BridgeTower foundation寶達(dá)碼頭擴(kuò)建碼頭海警碼頭興發(fā)碼頭YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44YR43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47Y

4、L46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL16YL15YR16YR17YR18YR19擬擴(kuò)建碼頭位置擬擴(kuò)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)1.2，具有蜿蜒型河段的特點(diǎn)。兩岸建筑大量碼頭，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)研討橋墩、碼頭部分沖刷概述概述 一、河流模擬定義一、河流模擬定義definitiondefinition 經(jīng)過一定的技術(shù)手段，重現(xiàn)河

5、流過程，研討河經(jīng)過一定的技術(shù)手段，重現(xiàn)河流過程，研討河流變化規(guī)律，處理河流工程問題的技術(shù)。流變化規(guī)律，處理河流工程問題的技術(shù)。 二、河流模擬作用二、河流模擬作用functionfunction 1.1.認(rèn)識河流演化規(guī)律、調(diào)整機(jī)理黃河認(rèn)識河流演化規(guī)律、調(diào)整機(jī)理黃河 2.2.處理河流工程技術(shù)問題：工程與生態(tài)治河、處理河流工程技術(shù)問題：工程與生態(tài)治河、航運(yùn)交通黃航運(yùn)交通黃 三、學(xué)習(xí)目的：工程運(yùn)用長江、黃河，實三、學(xué)習(xí)目的：工程運(yùn)用長江、黃河，實際開展際開展 四、主要研討方法分類：四、主要研討方法分類： 數(shù)模：數(shù)模：numerical simulation numerical simulation 物

6、模：物模：scale model scale model 1.1.物模物模 以類似實際為工具，制造實體模型以類似實際為工具，制造實體模型 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(diǎn)的水力要素與河量測模型各控制點(diǎn)的水力要素與河床變形；床變形； 按類似實際獲取實踐原型河流及工按類似實際獲取實踐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?！八\(yùn)及治河實驗廳水利水運(yùn)及治河實驗廳長長105m，寬，寬40 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(jìn)展大型河工模型實驗。進(jìn)展大型河

7、工模型實驗。是河南省高校重點(diǎn)實驗是河南省高校重點(diǎn)實驗室培育基地建立工程。室培育基地建立工程。 小浪底壩區(qū)動床小浪底壩區(qū)動床河工模型實驗河工模型實驗豐寧抽水蓄能電站下水庫水工模型實驗豐寧抽水蓄能電站下水庫水工模型實驗 厄瓜多爾C C S水電站尾水洞工程模型實驗 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(diǎn)重點(diǎn)工程工程灤河防洪與生態(tài)綜合灤河防洪與生態(tài)綜合治理研討：河工模型治理研討：河工模型 Q=4000m3/s研討河道、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

8、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)綜合治理模型實驗灤河防洪與生態(tài)綜合治理模型實驗遷安段遷安段 經(jīng)過物理模型實驗和數(shù)值模擬研討，研討綜合治理對河道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)測部分?jǐn)?shù)字化流速場瀾滄江苗尾水電站河道截流模型實驗瀾滄江苗尾水電站河道截流模型實驗導(dǎo)流洞導(dǎo)流洞截流戧堤斷面截流戧堤斷面導(dǎo)流洞進(jìn)口導(dǎo)流洞進(jìn)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

9、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)魚道模型實驗仿生態(tài)魚道模型實驗2.2.數(shù)模數(shù)模 以水流、泥沙運(yùn)動及河床變形方程以水流、泥沙運(yùn)動及河床變形方程為實際根底，選擇求解方程的數(shù)值為實際根底，選擇求解方程的數(shù)值計算方法，建立河流數(shù)學(xué)模型。計算方法，建立河流數(shù)學(xué)模型。 給定河流及工程邊境條件與水流泥給定河流及工程邊境條件與水流泥沙條件；以計算機(jī)為工具；沙條件；以計算機(jī)為工具； 經(jīng)過數(shù)學(xué)模型模擬計算河流及工程經(jīng)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)值模擬河流數(shù)值模擬河流數(shù)值模擬黃河下游河

10、道二級懸河研討東壩頭黃河下游河道二級懸河研討東壩頭高村高村 開封開封鄭州鄭州東壩頭東壩頭高村高村寶達(dá)碼頭擴(kuò)建碼頭海警碼頭興發(fā)碼頭YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44YR43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47YL46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL

11、26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL16YL15YR16YR17YR18YR19擬擴(kuò)建碼頭位置擬擴(kuò)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)1.2，具有蜿蜒型河段的特點(diǎn)。兩岸建筑大量碼頭，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. 9 Comparative Sketch of mainstream lineBack自然形狀，20年一遇全流場洪水流態(tài)及河勢Qmax=7594m3/s，3.31m/s V 0.51m/s 二 級 沉 砂 池二 級 沉 砂 池R3L410退 水退 水1 0 L 4R 3二 級 沉 砂

12、 池二 級 沉 砂 池自然形狀，30年一遇全流場流態(tài)及河勢Qmax=9280m3/s，3.94m/s V 0.22m/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)系的研討分汊河道中的樞紐布置與水力學(xué)關(guān)系的研討 溢洪道設(shè)計的新開展溢洪道設(shè)計的新開展 臺階式泄槽溢洪道的水力特性和設(shè)計運(yùn)用臺階式泄槽溢洪道的水力特性和設(shè)計運(yùn)用 寬尾墩結(jié)合消能在中低水頭工程中的運(yùn)用寬尾墩結(jié)合消能在中低水頭工程中的運(yùn)用 T形墩消力池的研討與運(yùn)用形墩消力池的

13、研討與運(yùn)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)計的一些閱歷溢洪道特低堰水力設(shè)計的一些閱歷 低壩淹沒泄流才干分析及計算方法討論低壩淹沒泄流才干分析及計算方法討論 薄壁堰流量計算式討論薄壁堰流量計算式討論 折線型適用堰過流才干研討折線型適用堰過流才干研討 大淹沒度下低堰泄流才干假設(shè)干問題大淹沒度下低堰泄流才干假設(shè)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 迷宮堰泄流才干實驗及簡易計算方法改良迷宮堰泄流才干實驗及簡易計算方法改良第三章第三章 孔流及泄洪洞孔流

14、及泄洪洞 拱壩泄流孔口型式的實驗研討及原型泄流 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確實定方法 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部分剝蝕的緣由分析 無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 溢洪道摻氣減蝕實驗研討溢洪道摻氣減蝕實驗研討 高速水流反弧段體型研討與運(yùn)用高速水流反弧段體型研討與運(yùn)用 岸邊有閘溢洪道的布置與進(jìn)口體型岸邊有閘溢洪道的布置與進(jìn)口體型 岸邊式溢洪道體型選擇中的幾個問題岸邊式溢洪

15、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(yùn)轉(zhuǎn)與改建溢流壩挑流鼻坎的運(yùn)轉(zhuǎn)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部分沖刷的研討挑流水舌對巖石河床部分沖刷的研討 凹曲率完全延續(xù)的反弧段體型的研討與運(yùn)用凹曲率完全延續(xù)的反弧段體型的研討與運(yùn)用 溢流壩收縮式邊墻低尾坎消能新型式研討溢流壩收縮式邊墻低尾坎消能新型式研討 寬尾墩寬尾墩-挑流結(jié)合消能在水電站中的運(yùn)用挑流結(jié)合消

16、能在水電站中的運(yùn)用 拱壩下游沖刷坑動水壓力丈量的初步分析拱壩下游沖刷坑動水壓力丈量的初步分析 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運(yùn)用淺談?wù)p式消能工在泄水建筑物中的運(yùn)用 寬尾墩在水電站挑流消能中的作用研討寬尾墩在水電站挑流消能中的作用研討第六章第六章 底流消能底流消能 水電站工程短消力池設(shè)計 低壩趾墩消力池的運(yùn)用 溢流壩T形墩消力池的實驗研討 寬尾墩-T形墩消力池結(jié)合消能在修復(fù)工程中的作用討論 低壩工程底、面流混合消能工的實驗與運(yùn)轉(zhuǎn) 水電站壩下沖、淘刷緣由分析及處置第七章第七章 面流及戽流消能面流及戽流消能 寬河谷低壩消能的開展趨向 水電站溢流壩戽流流態(tài)的實驗研討 戽流消能在堡口工程中的運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)情況 面流消能工的運(yùn)轉(zhuǎn)情況及防治措施第八章 工程運(yùn)轉(zhuǎn)、原型觀測及其他 涔天河筏道的實驗研討和原型運(yùn)轉(zhuǎn)情況涔天河筏道的實驗研討和原型運(yùn)轉(zhuǎn)情況 洋塘魚道的布置與運(yùn)轉(zhuǎn)洋塘魚道的布置與運(yùn)轉(zhuǎn) 湖南省幾處低水頭消能工的破壞及其緣由分析湖南省幾處低水頭消能工的破壞及其緣由分析 江埡水庫水力學(xué)原型觀測江埡水庫水力學(xué)原型觀測 蟒塘溪溢流壩寬尾墩蟒塘溪溢流壩寬尾墩-挑流消能壩下游沖刷原型觀挑流消能壩下游沖刷原型觀測測 張家渡溢流壩下游沖刷原型與模型對照張家渡溢