水利工程水力设计理论与计算方式

1、水利工程水力设计理论与计算方式概述概述 我国大中型我国大中型水利水电工程建设突飞猛进，理论与水利水电工程建设突飞猛进，理论与计算方法有很大发展。如：计算方法有很大发展。如：枢纽布置枢纽布置，各种复杂，各种复杂过过堰堰;各种复杂泄流各种复杂泄流孔及泄洪洞孔及泄洪洞设计设计; 溢流坝和岸边溢流坝和岸边溢洪道溢洪道设计设计;各种新型消能工，包括各种新型消能工，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；工工程运行程运行期间的期间的原型原型水力水力观测及其观测及其水力模拟试验水力模拟试验。峡谷河段、宽谷河段枢纽布置的特点和泄洪消峡谷河段、宽谷河段枢纽

2、布置的特点和泄洪消能的关系，特低堰的水力特征与选型设计，拱能的关系，特低堰的水力特征与选型设计，拱坝大孔口和峡谷高坝的泄洪消能，台阶坝面、坝大孔口和峡谷高坝的泄洪消能，台阶坝面、宽尾墩、宽尾墩、T形墩、水筏道和鱼道等技术的新发形墩、水筏道和鱼道等技术的新发展和设计应用经验展和设计应用经验。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宝达码头扩建码头海警码头兴发码头YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44YR43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47YL46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL1

4、6YL15YR16YR17YR18YR19拟扩建码头位置拟扩建码头位置甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微弯蛇曲状，曲折系数，具有蜿蜒型河段的特点。两岸修建大量码头，影响行洪及河道变化潮汐河流潮汐河流 河口河口淤淤积积区区研究桥墩、码头局部冲刷概述概述 一、河流模拟定义（一、河流模拟定义（definitiondefinition） 通过一定的通过一定的技术手段技术手段，重现河流过程，研究河流变化，重现河流过程，研究河流变化规律，解决河流工程问题的技术。规律，解决河流工程问题的技术。 二、河流模拟作用（二、河流模拟作用（function） 1.1.认识河流演变规律、调整机理认识河流演变规律、调整机理

5、黄河黄河 2.2.解决河流工程技术问题：解决河流工程技术问题：工程与生态治河、航运交通工程与生态治河、航运交通黄黄 三、学习目的：三、学习目的：工程应用（工程应用（长江、黄河长江、黄河），理论发展），理论发展 四、主要研究方法（四、主要研究方法（分类分类）：）： 数模：数模：numerical simulation numerical simulation 物模：物模：scale model scale model 1.1.物模物模 以相似理论为工具，制作实体模型以相似理论为工具，制作实体模型 模拟河流及工程本身与水流泥沙条模拟河流及工程本身与水流泥沙条件；件； 量测模型各控制点的水力要素与河

6、量测模型各控制点的水力要素与河床变形；床变形； 按相似理论获取实际原型河流及工按相似理论获取实际原型河流及工程所需水力要素及河床变形，优化程所需水力要素及河床变形，优化工程设计与河流管理。工程设计与河流管理。“水利水运及治河试验厅水利水运及治河试验厅”长长105m105m，宽，宽40 m40 m，有清，有清浑水两套循环系统，可浑水两套循环系统，可进行大型河工模型试验。进行大型河工模型试验。是河南省高校重点实验是河南省高校重点实验室培育基地建设项目。室培育基地建设项目。 小浪底坝区动床小浪底坝区动床河工模型试验河工模型试验丰宁抽水蓄能电站下水库水工模型试验丰宁抽水蓄能电站下水库水工模型试验 厄瓜

7、多尔CCS水电站尾水洞工程模型试验 伊洛河偃师段二期河道治理工程尾矿尾矿库库排水排水系统系统及模及模型型国家国家自然自然科学科学基金基金重点重点项目项目滦河防洪与生态综合滦河防洪与生态综合治理研究：河工模型治理研究：河工模型 Q=4000m3/s研究河道、航道整治槽槽滩滩嫩嫩主主地地滩滩板板桩桩潜潜坝坝四 典型河段概化板桩潜坝实体图透水潜桩坝河流与工程的相互影响河流与工程的相互影响总干渠与倒虹吸交叉建筑物总干渠与倒虹吸交叉建筑物 河道治理工程模型全景伊洛河交汇河段滦河防洪与生态综合治理模型试验滦河防洪与生态综合治理模型试验（迁安段）（迁安段） 通过物理模型试验和数值模拟研究，研究综合治理对河道

8、大洪水行洪有何影响，治理工程能否满足河道综合治理的要求 VDMS动态监测局部数字化流速场澜沧江苗尾水电站河道截流模型试验澜沧江苗尾水电站河道截流模型试验导流洞导流洞截流戗堤断面截流戗堤断面导流洞进口导流洞进口导流洞出口导流洞出口TIDE-2000TIDE-2000非恒定流潮汐控制系统非恒定流潮汐控制系统 黄河内蒙河段流量为632m3/s时的打不素险工河势西柳沟 黄河内蒙河段高含沙支流西柳沟毛不拉孔兑 黄河内蒙河段高含沙支流仿生态鱼道模型试验仿生态鱼道模型试验2.2.数模数模 以水流、泥沙运动及河床变形方程以水流、泥沙运动及河床变形方程为理论基础，选择求解方程的数值为理论基础，选择求解方程的数值

9、计算方法，建立河流数学模型。计算方法，建立河流数学模型。 给定河流及工程边界条件与水流泥给定河流及工程边界条件与水流泥沙条件；以计算机为工具；沙条件；以计算机为工具； 通过数学模型模拟计算河流及工程通过数学模型模拟计算河流及工程所需水力要素及河床变形，优化工所需水力要素及河床变形，优化工程设计与河流管理。程设计与河流管理。 河流数值模拟河流数值模拟NoImage河流数值模拟河流数值模拟黄河下游河道二级悬河研究黄河下游河道二级悬河研究（东坝头高村）（东坝头高村） 开封开封郑州郑州东坝头东坝头高村高村宝达码头扩建码头海警码头兴发码头YR51YR50YR49YR48YR47YR46YR45YR44Y

10、R43YR42YR41YR40YR39YR38YR37YR36YR35YR34YR33YR32YR31YR30YR29YR28YR27YR26YR25YR24YR23YR22YR21YR20YR15YL51YL50YL49YL48-1YL47YL46YL45YL44YL43YL42YL41YL40YL39YL38YL37YL36YL35YL34YL33YL32YL31YL30YL29YL28YL27YL26YL25YL24YL23YL22YL21YL20YL19YL18YL17YL16YL15YR16YR17YR18YR19拟扩建码头位置拟扩建码头位置甬江下游段系感潮河段甬江河道呈微弯蛇曲状，

11、曲折系数，具有蜿蜒型河段的特点。两岸修建大量码头，影响行洪及河道变化潮汐河流潮汐河流 河口河口淤淤积积区区Fig.9ComparativeSketchofmainstreamlineBackNoImageNoImage自然状态，20年一遇全流场洪水流态及河势（Qmax=7594m3/s，） 二 级 沉 砂 池二 级 沉 砂 池R3L410退 水退 水10L 4R 3二 级 沉 砂 池二 级 沉 砂 池自然状态，30年一遇全流场流态及河势（Qmax=9280m3/s，） 伊洛河交汇河段第一章第一章 枢纽布置与综述枢纽布置与综述 峡谷河段枢纽布置和泄洪消能问题峡谷河段枢纽布置和泄洪消能问题 几个工

12、程的低弗劳德数消能综述几个工程的低弗劳德数消能综述 分汊河道中的枢纽布置与水力学关系的研究分汊河道中的枢纽布置与水力学关系的研究 溢洪道设计的新发展溢洪道设计的新发展 台阶式泄槽溢洪道的水力特性和设计应用台阶式泄槽溢洪道的水力特性和设计应用 宽尾墩联合消能在中低水头工程中的应用宽尾墩联合消能在中低水头工程中的应用 T形墩消力池的研究与应用形墩消力池的研究与应用 泄水建筑物水流脉动压力分析泄水建筑物水流脉动压力分析 水利水电枢纽工程水力设计系统水利水电枢纽工程水力设计系统第二章第二章 堰流堰流 溢洪道特低堰水力设计的一些经验溢洪道特低堰水力设计的一些经验 低坝淹没泄流能力分析及计算方法探讨低坝淹

13、没泄流能力分析及计算方法探讨 薄壁堰流量计算式探讨薄壁堰流量计算式探讨 折线型实用堰过流能力研究折线型实用堰过流能力研究 大淹没度下低堰泄流能力若干问题大淹没度下低堰泄流能力若干问题 迷宫堰的水力特性和设计计算方法迷宫堰的水力特性和设计计算方法 迷宫堰泄流能力试验及简易计算方法改进迷宫堰泄流能力试验及简易计算方法改进第三章第三章 孔流及泄洪洞孔流及泄洪洞 拱坝泄流孔口型式的试验研究及原型泄流 泄水底孔的压坡线性质及压力计算 确定压力底孔流量系数的新方法 压力输水道平板闸门后最低压力值的确定方法 压力输水道平板闸门后最低压力值的计算 水电站压力隧洞破裂后闸后压力最低值及管道局部剥蚀的原因分析 无

14、压洞的水力特异性第四章 溢流坝和岸边溢洪道 溢流坝的几个水力学问题溢流坝的几个水力学问题 溢流坝台阶坝面的水力特性溢流坝台阶坝面的水力特性 溢洪道掺气减蚀试验研究溢洪道掺气减蚀试验研究 高速水流反弧段体型研究与应用高速水流反弧段体型研究与应用 岸边有闸溢洪道的布置与进口体型岸边有闸溢洪道的布置与进口体型 岸边式溢洪道体型选择中的几个问题岸边式溢洪道体型选择中的几个问题 岸边溢洪道的消能与防冲岸边溢洪道的消能与防冲 岸边台阶式泄槽溢洪道岸边台阶式泄槽溢洪道 超蓄引发的水力学问题超蓄引发的水力学问题第五章第五章 挑流消能挑流消能 拱坝下游河床和岸坡冲刷拱坝下游河床和岸坡冲刷 溢流坝挑流鼻坎的运行与

15、改建溢流坝挑流鼻坎的运行与改建 确定最大挑流射程的方法确定最大挑流射程的方法 挑流水舌对岩石河床局部冲刷的研究挑流水舌对岩石河床局部冲刷的研究 凹曲率完全连续的反弧段体型的研究与应用凹曲率完全连续的反弧段体型的研究与应用 溢流坝收缩式边墙低尾坎消能新型式研究溢流坝收缩式边墙低尾坎消能新型式研究 宽尾墩宽尾墩-挑流联合消能在水电站中的应用挑流联合消能在水电站中的应用 拱坝下游冲刷坑动水压力测量的初步分析拱坝下游冲刷坑动水压力测量的初步分析 溢流坝下游冲坑底部动水压力的初步估算溢流坝下游冲坑底部动水压力的初步估算 浅谈窄缝式消能工在泄水建筑物中的应用浅谈窄缝式消能工在泄水建筑物中的应用 宽尾墩在水

16、电站挑流消能中的作用研究宽尾墩在水电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 水电站工程短消力池设计 低坝趾墩消力池的应用 溢流坝T形墩消力池的试验研究 宽尾墩-T形墩消力池联合消能在修复工程中的作用探讨 低坝工程底、面流混合消能工的试验与运行 水电站坝下冲、淘刷原因分析及处理第七章第七章 面流及戽流消能面流及戽流消能 宽河谷低坝消能的发展趋向 水电站溢流坝戽流流态的试验研究 戽流消能在堡口工程中的应用 宽尾墩-面流鼻坎消能工的水力计算初探 国内几处低鼻坎消能工的运行情况 面流消能工的运行情况及防治措施第八章 工程运行、原型观测及其他 涔天河筏道的试验研究和原型运行情况涔天河筏道的试验研究和原型运行情况 洋塘鱼道的布置与运