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科研管理水利规划与设计2015年第12期
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DOI:10.3969/j.issn.1672-2469.2015.12.029
淮安市古黄河水利枢纽工程水流条件计算
孟佳佳1,陶娟2,赵立梅3
(1.江苏省淮安市水利规划办公室,江苏淮安223005;
2.江苏省淮安市水利勘测设计研究院有限公司,江苏淮安223005;3.江苏省水利厅,江苏南京210024)
摘要:本文从古黄河水利枢纽工程初设方案出发,采用2维水流数学模型,通过100、200、500m/s等水流条件,研究了工程建成前后枢纽上下游河段水流运动特性,为初设方案的最终确定和枢纽的运行管理提供了重要依据。研究表明:当节制闸开启相同数量的闸门时,对称开启要优于非对称开启,其闸门上下游流速相对较小,流态较为均匀,其中闸门全部开启时流速最小。
关键词:数学模型;水流条件;初设方案;枢纽工程
中图分类号:TV131.3文献标识码:文章编号:1672-2469(2015)12-0081-03
1概述
淮安市古黄河水利枢纽工程位于涟水县城下游约3km的古黄河上(桩号42+150),工程的主要功能是适当抬高古黄河(杨庄闸至涟水县城段)河道水位,并利用河川库容提高城市供水保证率。由于古黄河河床为粉质沙土,易受洪水冲刷,水土流失严重,局部河段河槽弯度加大,水流紊乱,深泓逼岸,存在险工患段,因此在古黄河上修建水利设施必须首先考虑水流运动问题。为此,我们采用2维水流数学模型,对初设方案工程附近河段水流运动特性进行计算研究。
工程内容包括兴建节制闸、水电站及公路桥3结合的枢纽工程。初设方案枢纽平面布置如图1所示。
(1)节制闸。节制闸与水电站一字布置,均位于古黄河河槽内,节制闸位于河道深泓(南侧),水电站位于河道凹弯段(北侧)。节制闸及水电站上游侧设有公路桥,桥面总宽26m,桥面高程14.32~13.78m,荷载等级为公路I级。
节制闸闸室总净宽40m,共5孔,单孔净宽8m,左岸为2孔一联,右岸3孔一联,每联呈“山”字形结构,共2联。闸室垂直水流向分别为
19.2和28.4m,总长47.6m,顺水向分为2段,长度分别为11.98m(公路桥)和21.0m(节制闸),底板面高程3.5m,底板厚1.3m。
(2)水电站。水电站为河床式水电站,厂房共6孔、2块底板,3孔一联共用1块底板,单块底板顺水流方向长28m,垂直水流方向宽18.8m。
(3)上下游衔接。上、下游引河底高程4m,上游河底宽100m,下游河底宽106m,高程9m处设5m宽青坎,堤顶高程为13.50m,青坎以下河坡为1:4,以上河坡为1:2.5,护底及青坎以下护坡为C20灌砌块石结构,厚35cm,青坎及青坎至堤顶采用生态护坡。水电站和节制闸之间设有空箱导流墙,上游导流墙长度为52.8m,下游导流墙长度为57.2m。
22维水流数学模型
2.1基本方程组连续方程:
(1)
动量方程:
作者简介:孟佳佳(1984年一),女,工程师。
2015年第12期水利规划与设计科研管理
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图1初设方案枢纽平面布置
(2)
(3)
式中:u、0—ξ、η方向流速分量,m/s;Z—水位,m;H—水深,m;C一谢才系数;o、σm、σm、
σ,一紊动切应力,可表示为:
(4)(5)(6)
式中:v,一紊动黏性系数,
;k—紊动动
能,e—紊动动能耗散率,可应用k-e紊流模型计算确定;一般情况下,v,=Ku.H(K=0.5~
1.0;u.一摩阻流速,m/s;),或者取v,为某一
常数。
2.2基本方程的离散与求解
为数值求解平面2维水深平均水流运动方程组(1)、(2)和(3),需将此方程组离散。笔者采用具有良好积分守恒性的控制体积法离散方程,并利用SIMPLER计算程式求解耦合方程,对于某一给定流量级,根据Partaker和Spalding提出的SIMPLER程式,反复迭代直到流场结果满足精度。
2.3计算域选取及计算网格生成
针对河道蜿蜒曲折的特点,本研究选用正交贴体曲线坐标拟合边界,以便较好地模拟河道边界,
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