水电站近坝区水沙输移二维数值模拟
发布时间：2021-11-09 14:37
以萨拉康水利工程为例,采用平面二维水沙模型对近坝区域的水沙运动进行计算研究,分析了敞泄排沙条件下上引航道、泄洪闸、厂房等区域的泥沙淤积分布。结果表明,萨拉康水利枢纽工程运行30年后,泄洪闸前的泥沙淤积不会影响闸门安全运行;上引航道口门区主要受主流回流的影响,产生回流淤积;厂房段的拦沙坎与冲沙底孔可有效保护厂房进水口。
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图６Ｘ２的冲淤对比Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ
；④干湿边界的处理。（２）泥沙模型求解。采用ＴＶＤ格式的有限体积法来求解泥沙输运方程，以保证守恒与提高计算精度。由于不采用ＥＬＭ方法求解对流项，因此计算的时间步长受到了Ｃｏｕｒａｎｔ数稳定条件的限制，将水流模型的时间步长Δｔ＝ｔｎ＋１－ｔｎ划分为若干个Δｔ′，每个分步Δｔ′大小由整个流场对流作用的强弱决定，则方程第ｍ分步到第ｍ＋１分步采用有限体积法离散。有限体积法中网格ｉ与相邻网格ｊ的关系见图１。图１有限体积法中网格ｉ与相邻网格ｊ的关系Ｆｉｇ．１ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇｒｉｄｉａｎｄａｄｊａｃｅｎｔｇｒｉｄｊｉｎＦＶＭ此外，当水流通过弯道时，受离心惯性力与重力的共同作用，产生径向和竖向流速，与主流叠加在一起形成螺旋流。螺旋流引起的横向输沙影响着河相的形成，需采用横向流速分布公式对泥沙的输移方向进行修正。实际中常采用罗索夫斯基的基于纵向流速沿垂线分布的对数规律推出的横向流速垂线分布公式［７］，本文采用简化后的罗索夫斯基的横向流速垂线分布公式：ｖｒ＝ακ２Ｕ２槡＋Ｖ２ｈｒ０．４－０．１ｎ槡ｇκｈ１／６（）（５）式中，ｖｒ为弯道横向流速；Ｕ２槡＋Ｖ２为垂向平均流速，Ｕ、Ｖ分别为沿ｘ、ｙ方向的流速；κ为卡门常数；ｒ为垂线所在点的曲率半径；ｈ为水深；α为横向流速垂向修正系数，０．４≤α≤１，其值的选取与横向流速对应的相对水深有关，且值越大，越靠近河床底部。"#"计算?
?船闸等建筑物组成。水库正常蓄水位２２０ｍ，库容８．６３×１０８ｍ３，水库长度９９．２ｋｍ，电站总装机容量６６０ＭＷ。"#"#"河段地形和网格划分由于水电枢纽工程近坝区域水流结构复杂，故采用非结构化三角形网格划分计算区域，并对引航道、泄洪闸、厂房段局部加密，河段单元网格共计３１１５９个，单元节点共１６１２１个。利用库区的１∶５０００地形资料对网格进行插值，生成的二维水沙数学模型模拟的地形及枢纽布置示意图见图２。图２坝区二维水沙数学模型模拟河段地形Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｒｉｖｅｒｔｅｒｒａｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｄａｍａｒｅａ"#"#$边界条件二维模型的进口水沙边界以距坝前３．５ｋｍ的断面作为入口边界条件，以正常蓄水位及排沙运行方式作为出口水位控制条件，坝址设计洪水及下游水位见表１。表１萨拉康坝址设计洪水、下游水位Ｔａｂ．１ＤｅｓｉｇｎｆｌｏｏｄａｎｄｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｔＳａｒａｋａｎｇｄａｍｓｉｔｅ频率设计值／％流量／（ｍ３·ｓ－１）水位／ｍ２２５０００２１５．８５５２２９００２１５．００２０１９４００２１３．３２３３．３１７８００２１２．５５５０１６３００２１１．７２"#$模型验证"#$#!水流模型验证为验证平面二维浅水方程的适用性，选取上游距坝４２ｍ处断面的水位与坝前断面，比较不同洪水频率下坝前水位壅高情况，见表２。表２不同洪水频率下坝前水位壅高对比Ｔａｂ．２Ｃ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水库坝区冲刷漏斗的形成机理[J]. 胡德超,池龙哲,杨琼,王敏. 浙江大学学报(工学版). 2015(02)
[2]考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型（Ⅱ）——模型的验证[J]. 易雨君,王兆印,张尚弘. 水力发电学报. 2010(01)
[3]考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型（Ⅰ）——模型的建立[J]. 易雨君,王兆印,张尚弘. 水力发电学报. 2010(01)
[4]计算弯道环流的通用公式[J]. 宋志尧. 泥沙研究. 2003(04)
[5]通航建筑物引航道泥沙问题及其处理途径[J]. 谈广鸣. 水电能源科学. 1998(04)
[6]平面二维水沙数学模型[J]. 吴伟明,胡春燕,杨国录. 水利学报. 1995(10)
硕士论文
[1]基于MIKE（21、3）的河南天池抽水蓄能电站下水库库区水沙数值模拟研究[D]. 马腾飞.华北水利水电大学 2016
本文编号：3485550
【文章来源】：水电能源科学. 2020,38(05)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图６Ｘ２的冲淤对比Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ
；④干湿边界的处理。（２）泥沙模型求解。采用ＴＶＤ格式的有限体积法来求解泥沙输运方程，以保证守恒与提高计算精度。由于不采用ＥＬＭ方法求解对流项，因此计算的时间步长受到了Ｃｏｕｒａｎｔ数稳定条件的限制，将水流模型的时间步长Δｔ＝ｔｎ＋１－ｔｎ划分为若干个Δｔ′，每个分步Δｔ′大小由整个流场对流作用的强弱决定，则方程第ｍ分步到第ｍ＋１分步采用有限体积法离散。有限体积法中网格ｉ与相邻网格ｊ的关系见图１。图１有限体积法中网格ｉ与相邻网格ｊ的关系Ｆｉｇ．１ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇｒｉｄｉａｎｄａｄｊａｃｅｎｔｇｒｉｄｊｉｎＦＶＭ此外，当水流通过弯道时，受离心惯性力与重力的共同作用，产生径向和竖向流速，与主流叠加在一起形成螺旋流。螺旋流引起的横向输沙影响着河相的形成，需采用横向流速分布公式对泥沙的输移方向进行修正。实际中常采用罗索夫斯基的基于纵向流速沿垂线分布的对数规律推出的横向流速垂线分布公式［７］，本文采用简化后的罗索夫斯基的横向流速垂线分布公式：ｖｒ＝ακ２Ｕ２槡＋Ｖ２ｈｒ０．４－０．１ｎ槡ｇκｈ１／６（）（５）式中，ｖｒ为弯道横向流速；Ｕ２槡＋Ｖ２为垂向平均流速，Ｕ、Ｖ分别为沿ｘ、ｙ方向的流速；κ为卡门常数；ｒ为垂线所在点的曲率半径；ｈ为水深；α为横向流速垂向修正系数，０．４≤α≤１，其值的选取与横向流速对应的相对水深有关，且值越大，越靠近河床底部。"#"计算?
?船闸等建筑物组成。水库正常蓄水位２２０ｍ，库容８．６３×１０８ｍ３，水库长度９９．２ｋｍ，电站总装机容量６６０ＭＷ。"#"#"河段地形和网格划分由于水电枢纽工程近坝区域水流结构复杂，故采用非结构化三角形网格划分计算区域，并对引航道、泄洪闸、厂房段局部加密，河段单元网格共计３１１５９个，单元节点共１６１２１个。利用库区的１∶５０００地形资料对网格进行插值，生成的二维水沙数学模型模拟的地形及枢纽布置示意图见图２。图２坝区二维水沙数学模型模拟河段地形Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｒｉｖｅｒｔｅｒｒａｉｎｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｌｏｗａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｎｄａｍａｒｅａ"#"#$边界条件二维模型的进口水沙边界以距坝前３．５ｋｍ的断面作为入口边界条件，以正常蓄水位及排沙运行方式作为出口水位控制条件，坝址设计洪水及下游水位见表１。表１萨拉康坝址设计洪水、下游水位Ｔａｂ．１ＤｅｓｉｇｎｆｌｏｏｄａｎｄｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｗａｔｅｒｌｅｖｅｌａｔＳａｒａｋａｎｇｄａｍｓｉｔｅ频率设计值／％流量／（ｍ３·ｓ－１）水位／ｍ２２５０００２１５．８５５２２９００２１５．００２０１９４００２１３．３２３３．３１７８００２１２．５５５０１６３００２１１．７２"#$模型验证"#$#!水流模型验证为验证平面二维浅水方程的适用性，选取上游距坝４２ｍ处断面的水位与坝前断面，比较不同洪水频率下坝前水位壅高情况，见表２。表２不同洪水频率下坝前水位壅高对比Ｔａｂ．２Ｃ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]水库坝区冲刷漏斗的形成机理[J]. 胡德超,池龙哲,杨琼,王敏. 浙江大学学报(工学版). 2015(02)
[2]考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型（Ⅱ）——模型的验证[J]. 易雨君,王兆印,张尚弘. 水力发电学报. 2010(01)
[3]考虑弯道环流影响的平面二维水沙数学模型（Ⅰ）——模型的建立[J]. 易雨君,王兆印,张尚弘. 水力发电学报. 2010(01)
[4]计算弯道环流的通用公式[J]. 宋志尧. 泥沙研究. 2003(04)
[5]通航建筑物引航道泥沙问题及其处理途径[J]. 谈广鸣. 水电能源科学. 1998(04)
[6]平面二维水沙数学模型[J]. 吴伟明,胡春燕,杨国录. 水利学报. 1995(10)
硕士论文
[1]基于MIKE（21、3）的河南天池抽水蓄能电站下水库库区水沙数值模拟研究[D]. 马腾飞.华北水利水电大学 2016
本文编号：3485550
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