电站日调节非恒定流水力学特性研究

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在通航河流上承担日调节任务的水电站,往往会造成枢纽下游一定范围内出现水流要素(流量、流速、水位等)随时间出现较大变化的非恒定流,对下游航道产生不利影响。近年来随着高水头大装机容量电站的建设,关于电站日调节非恒定流对下游航道的影响问题,已受到国内外的普遍重视。因此本文结合澜沧江景洪水电站的数学模型以及金沙江向家坝水电站的水力学试验进行研究具有较重要的意义。 本文采用数值计算、物理模型试验等手段,在查阅了大量国内外资料的基础上,结合类似工程研究成果的类比分析与总结,取得了一定的研究成果:(1)以圣维南非恒定流偏微分方程为理论基础,采用Preissmann隐式格式差分法,建立了枢纽下泄非恒定流影响下坝下游航道水面线计算的一维数学模型,并通过试验数据进行验证。该模型两个主要特征是适用于天然山区河道复杂地形和水流条件,适用于长河段长时段的计算;(2)依托澜沧江景洪水电站整治工程,对数学模型的水力计算结果和有关资料进行分析,揭示了电站日调节下泄非恒定流的传播特征及相关水流要素沿程变化的规律。由计算结果可以看出电站日调节的调频调峰使得下游出现两峰两谷的变化过程,各断面上的日水位呈现一定的变幅,同时航深、沿程水面坡降、断面平均流速也有一定的变化。由于摩阻、槽蓄及断面不规则等因素,日调节波在传播过程中沿途要发生衰减,波速降低,波高变小,上游非恒定流效应逐渐减弱;(3)通过对实验资料分析,对电站日调节下泄非恒定流对系泊船舶系缆力的影响进行了研究,得到了考虑流速、比降等因素的经验计算公式,该公式是建立在非恒定流的基础上,并且和试验实测成果进行了比较,尚未考虑更为复杂的影响因素。虽经四个实例运用表明其计算值与模型实测值较吻合,说明了其较好的计算精度,但由于实例有限,其公式的使用范围需在今后的工作中进一步论证和完善。可以考虑在具有类似条件水电站的非恒定流影响下系泊船舶系缆力计算中参考运用,具有一定的工程适用性和工程实用价值。 其结论为日调节下泄非恒定流的进一步研究和航道的整治提供参考。
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