小挑坎对某拟建大型水电站导...口区消能与冲刷改善机理研究_赵昱东.pdf

第4 1卷第5期2023年5月水 电 能 源 科 学W a t e r R e s o u r c e s a n d P o w e rV o l.4 1 N o.5M a y 2 0 2 3D O I:1 0.2 0 0 4 0/j.c n k i.1 0 0 0-7 7 0 9.2 0 2 3.2 0 2 2 2 1 4 3小挑坎对某拟建大型水电站导流洞出口区消能与冲刷改善机理研究赵昱东1,刘 进2,李东杰3,马旭东1(1.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,四川 成都 6 1 0 0 6 5;2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 4 1 0 0 1 9;3.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 3 1 1 1 2 2)摘要:山区河道导流隧洞出口区具有单宽流量大、流速高、河床覆盖层深且抗冲流速小等特点,多数隧洞出口区河床冲刷剧烈,而布置大型消能措施较困难,故提出在隧洞出口布置小挑坎的措施。在物理模型试验观测隧洞出口区水流流态和河床冲刷的基础上,采用数值模拟方法计算导流隧洞出口区水流流场,研究河床冲刷改善的内在机理。结果表明,导流洞出口增设小挑坎后,可增大出洞高速水流的横向扩散和减小单宽流量,增加局部消能率,从而降低河道岸边流速;高流速出洞水体占比明显减少,使高速水流无法直冲右岸滑坡体,减小滑坡体范围流速;出洞水流宽度增加,出洞水流方向变为斜向上出流,减弱对右岸滑坡体的冲击,并且使导流洞出口区及下游河道受到的冲刷明显减弱。研究成果可为工程实践提供参考。关键词:模型试验;导流隧洞;挑流坎;数值模拟中图分类号:TV 6 5 3+.3 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0-7 7 0 9(2 0 2 3)0 5-0 1 0 1-0 4收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 5,修回日期:2 0 2 2-1 1-1 3基金项目:国家自然科学基金项目(5 1 8 0 9 1 8 7)作者简介:赵昱东(1 9 9 7-)男,硕士研究生,研究方向为水力学及河流动力学,E-m a i l:1 1 5 8 3 1 9 6 8 2q q.c o m通讯作者:马旭东(1 9 8 5-)男,博士、副教授,研究方向为水力学及河流动力学,E-m a i l:m a x d s c u.e d u.c n1 概况某拟建大型水电站位于雅砻江干流,由混凝土重力坝、右岸引水式地下厂房等建筑物组成,总装机容量1 0 2 0 MW。该工程平面布置及地质剖面见图1。工程设计过程中采用模型试验分别研究了全年围堰和过水围堰两种施工导流方案,最终选定过水围堰作为实际应用方案。导流隧洞(a)平面布置图(b)A A-地质剖面图滑坡体右岸滑坡体64 m1 912.00 mQcol+dl4Qal4Qal3Qal4Qal3Qcol+dl4崩坡积碎石混合土、块石、碎石冲积卵石混合土冲积卵石混合土、漂石图1 某水利枢纽平面布置与地质剖面图F i g.1 P l a n e l a y o u t a n d g e o l o g i c a l p r o f i l e o f a h y d r o j u n c t i o n进、出口高程分别为1 9 1 2、1 9 1 0 m,断面尺寸为1 2 m1 5 m(宽高)。该工程施工导流主要工程水力学问题为隧洞出口区河床狭窄、覆盖层深厚(厚约3 0 m,由卵石混合土层等组成,中值粒径约1 0 mm,抗冲流速约12 m/s),且河道右岸出流对冲区存在宽度约4 6 0 m的大型滑坡体。导流隧洞出流流速高、单宽流量大,且对冲右岸滑坡体,可能存在安全隐患,因此采用导流洞出口增设小挑坎的方案,使隧洞出流横向扩散加强、改善流态,减小水流对河床及岸边的冲刷。本文采用数值模拟方法并结合模型试验成果,通过分析导流洞出口设小挑坎前后的局部流场,深入探究设小挑坎改善流场特性和河床冲刷的原因,以期为工程实践提供指导。2 模型试验首先采用物理模型试验研究小挑坎的应用效果,试验模型按弗劳德数相似设计为几何比尺L=6 0的正态模型。模型模拟范围为导流隧洞进口上游5 0 0 m至导流隧洞出口下游8 0 0 m,全长约2.3 k m的河段。导流隧洞采用有机玻璃制作,覆盖层采用天然沙模拟,其中粒径1 mm的沙占9 0%,粒径13 mm的沙占1 0%,基岩层采用碎石按抗冲流速模拟。小挑坎布置于导流隧洞出口1 0.0 m处,长6.5 m,与出口引渠等宽,首部坎高2.0 m,经2.0 m长平段后与半径5.0 m的圆弧衔接,出口挑角5 3,出口坎高4.0 m,见图2。0 5.R522106.5453(a)物理模型(b)(m)小挑坎剖面图 单位:图2 物理模型及小挑坎设计方案F i g.2 P h y s i c a l m o d e l a n d d e s i g n s c h e m e o f s m a l l f l i p b u c k e t模型试验重点对比加设小挑坎前后的水流流态、岸边流速和河床冲刷情况(尤其是右岸滑坡体范围)。流量较大时,出洞水流会严重冲刷出口区,对滑坡体造成较大冲击威胁,因此选取常遇洪水(3 0 0 0 m3/s)、设计洪水(5 8 3 0 m3/s)作为研究工况,结果表明,流量3 0 0 0 m3/s时,设计体型下导流洞出流形成起伏不平的波浪,沿隧洞轴线冲至对岸后消失。隧洞出流被上游水流挤压后呈束状直冲河道右岸,滑坡体坡脚部位形成高流速区,并在主流上、下游形成平面回流。加设小挑坎后,对出洞水流产生冲击消能及上挑作用,出洞水流与上层水体发生碰撞和挤压后产生旋滚,横向扩散更均匀且减弱水体下潜,利于减小冲刷。出洞主流到达右岸滑坡体的对冲面积增加但对岸坡的冲击作用减小,右岸涌浪高度也相对减小。流量5 8 3 0 m3/s时,设计体型出洞流量增大,在右岸产生的冲击与涌浪更剧烈,而小挑坎体型能显著改善出洞水流流态,并减少回流区面积与岸边流速。测算物理模型右岸流速可得,实际工程中流量为3 0 0 0、5 8 3 0 m3/s时,增设挑坎后最大流速分别为5.0 0、1 0.1 0 m/s,均小于设计体型所对应的8.4 4、1 4.6 0 m/s。由于出洞水流流速与单宽流量均较大,且导流洞出口高程低、与河道交角较大,周围覆盖层深厚且抗冲能力弱,导致设计方案下游河道受到冲刷较大。增设小挑坎后,出洞水体不再呈束状直冲河道,河床底部流速有所降低,对覆盖层泥沙的淘刷作用减弱,使得出口区与右岸坡脚处受到冲刷深度减小,大量床沙流失现象得到改善,经水流冲刷后导流洞出口轴线断面地形见图3。3 数值模拟1 92519151 9051 8951 8851 875高程/m020406080100120距导流洞出距离/m小挑坎位置基岩线原覆盖层3 000 m/s3 000 m/s设计体型小挑坎体型335 830 m/s5 830 m/s设计体型小挑坎体型33图3 导流隧洞出口轴线断面地形对比F i g.3 T o p o g r a p h i c c o m p a r i s o n o f d i v e r s i o n t u n n e l o u t l e t a x i s s e c t i o n3.1 数值模型建立由物理模型试验可知,小挑坎方案能明显改善导流洞出口区水流流态,减小冲刷,但仅观测物理模型无法阐明水流特性的变化机理,故采用数值模拟方法,重点计算导流洞出口区及周围流场,得到详细的水力学特征参数。鉴于导流洞出口水流紊动强烈,紊流模型采用R NG -模型1,水气交界面处理采用VO F方法2追踪;模拟范围包括导流洞及其上下游河道,河道总长1 3 0 0 m,按物理模型试验冲刷稳定后的地形建模;河道顶面设为压力进口,导流洞入口设为速度进口,河道下游出水口设为压力出口;采用非结构化网格对导流洞及上下游河道三维模型进行网格划分,并在导流洞与河道交汇区域进行局部加密,如图4所示,网格最小体积为0.0 1 m3,总数量约1 1 06个。以流量3 0 0 0 m3/s的工况为例进行模拟分析。Y1 Y2Y3Y4水流流向洞断面轴线Y0网格加密区导流洞出河道剖面网格分布图4 三维模型计算区域网格示意图F i g.4 S c h e m a t i c d i a g r a m o f 3 D m o d e l c a l c u l a t i o n a r e a g r i d3.2 三维流场变化规律设计体型下,出洞水流对冲至河道右岸,到达岸边时受岸坡挤压,下潜至河床。由于受两侧回流的挤压作用,隧洞主流较为集中,高流速水体在出口区呈束状,且v=81 0 m/s的高流速水体能发展至对岸,低流速水体在洞口分布较少(图5(a)。小挑坎体型下,不同流速水体在出口区呈扁平状,且高速水体主要分布在河道中部,向河床底部发展较少。v=4 m/s的水体在出口区分布较设计体型更多,v=61 0 m/s的水体分布明显减少,说明出洞水流在小挑坎作用下产生横向扩散,部分高速水体转化为低速水体,消能更加充分(图201水 电 能 源 科 学 2 0 2 3年 第4 1卷第5期赵昱东等:小挑坎对某拟建大型水电站导流洞出口区消能与冲刷改善机理研究v=4 m/s流速/(m.s)-1161412108642流速/(m.s)-1流速/(m.s)-1流速/(m.s)-1161412108642161412108642161412108642v=6 m/sv=8 m/sv=10 m/s流速/(m.s)-1161412108642流速/(m.s)-1流速/(m.s)-1流速/(m.s)-1161412108642161412108642161412108642(a)导流洞设计体型出区不同流速体分布(b)增设小挑坎后出区不同流速体分布v=4 m/sv=6 m/sv=8 m/sv=10 m/s图5 不同流速水体三维分布图(流量3 0 0 0 m3/s)F i g.5 3 D d i s t r i b u t i o n m a p o f w a t e r b o d i e s w i t h d i f f e r e n t f l o w v e l o c i t i e s(d i s c h a r g e 3 0 0 0 m3/s)5(b)。3.3 平面流场变化规律设计体型下,不同高程平面出洞主流流速较大,右岸最大岸边流速达9.6 5 m/s,各平面高、低流速区均存在明显分界线。各高程平面出洞主流断面宽度明显小于隧洞出口宽度,呈束状直冲右岸,说明主流出洞后受到挤压未产生有效扩散,且下游侧回流作用较上游侧更强,使主流相对洞轴线稍向上游偏移;小挑坎体型下,不同高程剖面出洞主流流速明显减小,且高流速水体多分布在洞口处,几乎未发展至右岸,右岸最大流速为6.2 m/s。各高程平面出洞主流宽度增加,整体流速减小,且高流速区分布较分散,未出现明显高低流速区分界线,见图6。这些变化说明小挑坎体型使得出洞水流在出口区产生横向扩散,降低高流速水体比例,增大出流消能率,并减弱主流对右岸的冲击。3.4 断面流场及紊动能变化规律在数值模型上截取洞口轴线断面Y 0,在下游距洞口2 0、7 0、1 2 0、1 7 0 m处截取断面Y 1Y 4(图4)。从计算结果中绘出各断面流速分布等值线图,得出Y 0断面水流紊动能分布,并在断面上每隔1 0 m取一条垂线,探究各断面垂线平均流速与Y 0断面紊动能变化规律(图71 0)。由图7可知,设计体型下隧洞出流受重力和惯性作用后直接冲击右岸岸坡,且主流与回流区水流混掺沿右岸向下游流动,流速较大;小挑坎体型下,上半部分隧洞出流由直冲右岸变成向上挑起,右 岸 区 域 流 速 大 大 减 小,大 部 分 处 于04 m/s区间内。由图8可知,设计体型下除Y 1断面高流速区靠近导流洞出口区外,Y 2Y 4断面高流速区均靠近右岸,而小挑坎体型Y 2Y 4断面流速分15010050050-Y/m15010050050-Y/m-10050050Y/m-10050050Y/m-10050050-10050050Y/mY/m-10050050-10050050Y/mY/m4003002001000XZ/m(g)1 920 m设计体型=,流速/(m.s)-12 4 6 8 101214164003002001000XZ/m(h)1 920 m小挑坎体型=,4003002001000XZ/m(a)1 910 m设计体型=,4003002001000XZ/m(b)1 910 m小挑坎体型=,40040030030020020010010000XZ/m(c)1 913 m设计体型=,XZ/m(e)1 916 m设计体型=,40040030030020020010010000XZ/m(d)1 913 m小挑坎体型=,XZ/m(f)1 916 m小挑坎体型=,流速/(m.s)-12 4 6 8 10121416图6 出口区各高程流场等值线图F i g.6 C o n t o u r m a p o f f l o w f i e l d a t e a c h e l e v a t i o n i n t h e o u t l e t a r e a流速/(m.s)-12 4 6 8 1012141619601940192019001880Z/m-60-40-200204060801940192019001880Z/mX/m(a)设计体型流速矢量图-60-40-20020406080X/m(b)小挑坎体型流速矢量图19601940192019001880Z/m1940192019001880Z/m-60-40-20020406080X/m(a)设计体型流速等值线-60-40-20020406080X/m(b)小挑坎体型流速等值线0流速/(m.s)-12 4 6 8 101214160图7 导流洞出口轴线断面Y 0流速等值线图与矢量图F i g.7 V e l o c i t y c o n t o u r m a p a n d v e c t o r m a p o f d i v e r s i o n t u n n e l o u t l e t a x i s s e c t i o n Y 0布较均匀,且各断面靠近右岸滑坡体范围的水流流速均有不同程度减小;观察各断面形状发现,小挑坎体型底高程数值均大于设计体型,说明前者对于减小河床受到水流冲刷作用显著。由图9可知,设计体型下Y 1断面垂线平均流速在河道中轴线处达到最大值,Y 2Y 4断面流速从左岸到右岸呈增大趋势,并在右岸达到最大值。小挑坎体型下,Y 1断面流速在左岸达到最大值,Y 2断面流速分布呈波浪形,在中轴线位置达到最大值,Y 3、Y 4断面流速分布较均匀,基本不变。相同断面下,小挑坎体型靠近右岸的垂线平均流速均小于设计体型。紊动能T大小能够反映水流由紊动而引起301流速/(m.s)-119601940192019001880Z/mZ/m-60-40-20020 406080X/m(g)Y4设计体型断面1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-80-60-40-20020 406080X/m(h)Y4小挑坎体型断面-801940192019001880Z/m1940192019001880Z/m1940192019001880Z/m196019401920190018801940192019001880Z/m1940192019001880Z/m1940192019001880Z/m流速/(m.s)-11 2 3 4 5 6 7 8 9 10-60-40-20020 406080X/m(a)Y1设计体型断面-80-60-40-20020 406080X/m(b)Y1小挑坎体型断面-80X/m(c)Y2设计体型断面X/m(d)Y2小挑坎体型断面-60-40-20020 406080-80-60-40-20020 406080-80X/m(e)Y3设计体型断面X/m(f)Y3小挑坎体型断面-60-40-20020 406080-80-60-40-20020 4060-80图8 导流洞下游不同断面流速等值线图F i g.8 V e l o c i t y c o n t o u r m a p o f d i f f e r e n t s e c t i o n s a t d o w n s t r e a m o f d i v e r s i o n t u n n e l-50-30-1010305004812流速/(m.s)-1设计体型小挑坎体型-50-30-1010305004812设计体型小挑坎体型-50-30-1010305004812设计体型小挑坎体型-50-30-1010305004812设计体型小挑坎体型相对位置/m相对位置/m流速/(m.s)-1(a)Y1断面(b)Y2断面相对位置/m流速/(m.s)-1流速/(m.s)-1(c)Y3断面(d)Y4断面相对位置/m图9 出口区不同断面垂线平均流速变化规律F i g.9 V e l o c i t y c o n t o u r m a p o f d i f f e r e n t s e c t i o n s a t d o w n s t r e a m o f d i v e r s i o n t u n n e l的能量损失,其表达式为:T=(2+2+2)/2(1)式中,为纵向脉动流速;为横向脉动流速;为垂向脉动流速。沿导流洞出口轴线Y 0断面-3 04 0 m范围(大致包括导流洞出口区与靠近右岸滑坡体断面的水体)内每隔1 0 m作一条垂线并得到各垂线平均紊动能(图1 0)。由图1 0可知,设计体型断面水流紊动能呈波浪形分布,洞出口区紊动能较小,而靠近右岸滑坡体范围紊动能较大,说明该体型下水流出洞后紊动扩散速率较慢,消能不充分,故紊动能并未明显减小,因此在右岸形成较大的岸边流速;小挑坎体型下水流在洞出口区移动和混掺过程中能量得到充分耗散,此时紊动能最大,水流出洞后紊动能呈递减趋势,且右岸滑坡体范围紊动能最小,此时T=0.2 3 2 m2/s2,小于设计体型的T=0.4 2 0 m2/s2。0.00.20.40.60.81.0-30-20-10010203040相对位置/m设计体型小挑坎体型紊动能/(m.s)2-2图1 0 导流洞出口轴线断面Y 0水流紊动能变化规律F i g.1 0 T u r b u l e n t k i n e t i c e n e r g y v a r i a t i o n l a w o f f l o w i n a x i a l s e c t i o n Y 0 o f d i v e r s i o n t u n n e l o u t l e t4 结论a.导流隧洞出口设小挑坎可增大出洞高速水流的横向扩散并减小单宽流量,减少高流速区域且增加局部消能率,从而有效降低河道流速(尤其是对冲区流速)。b.分析三维流场可知,小挑坎体型下高流速出洞水体占比明显减少,使高速水流无法呈束状直冲右岸滑坡体,有效减小沿右岸滑坡体坡脚范围流动的水流流速。c.分析平面及断面流场可知,小挑坎体型增大了出洞水流宽度,缩小回流区范围,改善出洞水流与河道水体的衔接状态,使洞口水平出流变为斜向上出流,并发生旋滚,有效加快水流紊动速率,使其充分消能。小挑坎体型使水流对右岸滑坡体的冲击减小,减少岸坡受到的冲刷,降低滑坡体潜在的危险性,并使导流洞出口区及下游河道受到的冲刷明显减弱。通过分析物理模型试验与数值模拟结果后得出的结论,能够为实际工程中相关建筑物的设计及可行性提供建议与参考。参考文献:1 YAKHO T V,OR S Z A G S A.R e n o r m a l i z a t i o n g r o u p a n a l y s i s o f t u r b u l e n c e.I.b a s i c t h e o r yJ.J o u r n a l o f s c i e n t i f i c c o m p u t i n g,1 9 8 6,1(1):3-5 1.2 H I R T C W,N I CHO L S B D.V o l u m e o f f l u i d(VO F)m e t h o d f o r t h e d y n a m i c s o f f r e e b o u n d a r i e sJ.J o u r n a l o f c o m p u t a t i o n a l p h y s i c s,1 9 8 1,3 9(1):2 0 1-2 2 5.(下转第9 2页)401水 电 能 源 科 学 2 0 2 3年 0.01.53.04.56.07.59.00.20.40.60.81.0分流比理论分析岔管两侧三维模拟岔管两侧理论分析隧洞和调压室之间三维模拟隧洞和调压室之间0.01.53.04.56.07.59.0理论分析岔管两侧三维模拟岔管两侧理论分析隧洞和调压室之间三维模拟隧洞和调压室之间水头损失系数 水头损失系数 0.20.40.60.81.0汇流比(a)分流时(b)汇流时图6 分、汇流时调压室底部水头损失与汇流比的关系F i g.6 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n h e a d l o s s a t t h e b o t t o m o f s u r g e c h a m b e r a n d c o n f l u e n c e r a t i o d u r i n g d i v e r s i o n a n d c o n f l u e n c e模拟能取得较好的仿真效果,计算结果与理论分析值吻合良好。因此,本文采用的计算方法亦可在类似工程中使用,为复杂连接管布置型式下的抽水蓄能电站运行安全提供技术支撑。4 结论a.正常运行时,调压室底部水流平顺。水流流入调压室时,主流集中于迎水面,在背水面形成回流,回流尺度和强度与入流量有关。相对而言,水流流出调压室时更加平稳。b.水流进出调压室过程中,管道回流区内压力较主流区略低,但整个管路系统压力分布均匀。c.随着分流比或汇流比增加,调压室底部水头损失系数也逐渐增大。参考文献:1 刘畅,程永光.长连接管和分流调压室的波动稳定和衰减特性J.水电能源科学,2 0 1 2,3 0(2):1 3 1-1 3 5.2 蔡付林,胡明,曹青.有长连接管的阻抗式调压室阻抗损失系数研究J.水电能源科学,2 0 0 1,1 9(4):4 0-4 3.3 吕天舒,黄社华.不可压缩流体后台阶紊流特性的计算与分析J.水电能源科学,2 0 2 1,3 9(1 2):1 2 9-1 3 2,1 4 0.4 李松阳,尹亚敏,彭尔瑞.河道水流三维数值模拟研究与发展J.农业工程,2 0 2 0,1 0(5):7 0-7 5.5 陆伟刚,王东伟,徐磊,等.湍流模型在肘形进水流道三维流场数值模拟中的适用性研究J.水电能源科学,2 0 1 8,3 6(9):1 1 0-1 1 3.6 国家能源局.水电站调压室设计规范:N B/T 3 5 0 2 1-2 0 1 4S.北京:新华出版社,2 0 1 4.R e s e a r c h o n H y d r a u l i c C h a r a c t e r i s t i c s o f S u r g e w i t h L o n g C o n n e c t i n g P i p eL I Y u,YANG S h a o-j i a(P o w e r C h i n a H u a d o n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d,H a n g z h o u 3 1 1 1 2 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e d o w n s t r e a m s u r g e c h a m b e r o f a c e r t a i n p u m p e d s t o r a g e p o w e r s t a t i o n a d o p t s i m p e d a n c e w i t h u p p e r c h a m b e r l a y o u t.T h e t a i l r a c e t u n n e l i s c o n n e c t e d w i t h t h e c o n n e c t i n g p i p e t h r o u g h r i g h t a n g l e b i f u r c a t e d p i p e a n d b e n d.T h e l a y o u t t y p e i s s p e c i a l a n d t h e w a t e r f l o w c o n d i t i o n s a r e c o m p l e x.I n o r d e r t o s t u d y i t s h y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c s,a t h r e e-d i m e n s i o n a l f l o w f i e l d m a t h e m a t i c a l m o d e l o f t h e c o n n e c t i n g p i p e a t t h e b o t t o m o f t h e s u r g e c h a m b e r w a s e s t a b-l i s h e d,a n d t h e v a r i a t i o n l a w o f h y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t i c s u n d e r d i f f e r e n t d i v e r s i o n r a t i o a n d c o n f l u e n c e r a t i o w a s s t u d i e d.T h e r e s u l t s s h o w t h a t f o r t h e r e s i s t a n c e l o s s o f s u r g e c h a m b e r w i t h c o m p l e x b o t t o m f l o w,t h e t h r e e-d i m e n s i o n a l n u m e r i-c a l s i m u l a t i o n c a n a c h i e v e b e t t e r s i m u l a t i o n e f f e c t,a n d t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s a r e i n g o o d a g r e e m e n t w i t h t h e t h e o r e t i c a l a-n a l y s i s r e s u l t s.B e c a u s e t h e e l b o w a t t h e b o t t o m o f t h e s u r g e c h a m b e r,t h e s u d d e n e x p a n s i o n a n d c o n t r a c t i o n b e t w e e n t h e c o n n e c t i n g p i p e a n d t h e b i g w e l l w i l l c a u s e a d d i t i o n a l h y d r a u l i c l o s s e s,i t s h e a d l o s s c o e f f i c i e n t i s g r e a t e r t h a n t h a t o f t h e c o n v e n t i o n a l i m p e d a n c e s u r g e c h a m b e r,a n d t h e f l o w c o e f f i c i e n t i s s m a l l e r t h a n t h a t o f t h e s e p a r a t e i m p e d a n c e h o l e.K e y w o r d s:s u r g e;l o n g c o n n e c t i n g p i p e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n o f t h r e e-d i m e n s i o n a l f l o w f i e l d;h e a d l o s s c o e f f i c i e n t(上接第1 0 4页)S t u d y o n M e c h a n i s m o f E n e r g y D i s s i p a t i o n a n d E r o s i o n I m p r o v e m e n t o f D i v e r s i o n T u n n e l O u t l e t A r e a b y S m a l l F l i p B u c k e tZ HAO Y u-d o n g1,L I U J i n2,L I D o n g-j i e3,MA X u-d o n g1(1.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f H y d r a u l i c s a n d M o u n t a i n R i v e r E n g i n e e r i n g,S i c h u a n U n i v e r s i t y,C h e n g d u 6 1 0 0 6 5,C h i n a;2.P o w e r C h i n a Z h o n g n a n E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d,C h a n g s h a 4 1 0 0 1 9,C h i n a;3.P o w e r C h i n a H u a d o n g E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i m i t e d,H a n g z h o u 3 1 1 1 2 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e o u t l e t a r e a o f r i v e r d i v e r s i o n t u n n e l i n m o u n t a i n o u s a r e a s i s c h a r a c t e r i z e d b y l a r g e d i s c h a r g e p e r u n i t w i d t h,h i g h f l o w v e l o c i t y,d e e p r i v e r b e d o v e r b u r d e n a n d l o w a n t i-s c o u r f l o w v e l o c i t y.T h e r i v e r b e d a t t h e o u t l e t o f t h e t u n n e l i s s e v e r e l y s c o u r e d,a n d i t i s d i f f i c u l t t o a r r a n g e l a r g e e n e r g y d i s s i p a t i o n m e a s u r e s,s o i t i s p r o p o s e d t o a r r a n g e s m a l l f l i p b u c k e t a t t h e o u t l e t o f t h e t u n n e l.O n t h e b a s i s o f t h e p h y s i c a l m o d e l t e s t t o o b s e r v e t h e f l o w p a t t e r n a n d r i v e r b e d s c o u r i n g i n t h e o u t l e t a r e a o f t h e t u n n e l,t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n m e t h o d i s u s e d t o c a l c u l a t e t h e f l o w f i e l d i n t h e o u t-l e t a r e a o f t h e d i v e r s i o n t u n n e l,a n d t h e i n t e r n a l m e c h a n i s m o f t h e i m p r o v e m e n t o f r i v e r b e d s c o u r i n g i s s t u d i e d.T h e r e-s u l t s s h o w t h a t a f t e r a d d i n g a s m a l l f l i p b u c k e t a t t h e o u t l e t o f t h e d i v e r s i o n t u n n e l c a n i n c r e a s e t h e l a t e r a l d i f f u s i o n o f t h e h i g h-s p e e d f l o w o u t o f t h e t u n n e l,r e d u c e t h e u n i t w i d t h d i s c h a r g e,i n c r e a s e t h e l o c a l e n e r g y d i s s i p a t i o n r a t e,a n d t h u s r e-d u c e t h e v e l o c i t y o f t h e r i v e r b a n k.T h e p r o p o r t i o n o f w a t e r b o d y c o m i n g o u t o f t h e t u n n e l w i t h h i g h f l o w v e l o c i t y i s o b v i-o u s l y r e d u c e d,w h i c h m a k e s t h e h i g h-s p e e d w a t e r f l o w u n a b l e t o d i r e c t l y r u s h t h e l a n d s l i d e m a s s o n t h e r i g h t b a n k,a n d r e d u c e s t h e f l o w v e l o c i t y w i t h i n t h e l a n d s l i