大型水利水电工程泄洪挑流消能工优化研究与工程应用
获奖名称: 大型水利水电工程泄洪挑流消能工优化研究与工程应用
获奖等级: 一等奖
获奖类别: 长江委科学技术奖
授奖单位: 长江水利委员会
完成单位: 、长江勘测规划设计研究有限责任公司、湖北清江水电开发有限责任公司、中国长江三峡集团公司、武汉大学
获奖年度: 2010
获奖人员: 杨淳、杨文俊、金峰、廖仁强、黄国兵、孙志禹、孙役、刘士和、周赤、向光红、王才欢、韩继斌、史德亮、段文刚、陈端
成果简介:项目背景情况 中国规划建设一批坝高200m~300m级的大型水电站，这些拟建枢纽工程的特点是坝体高、流量大、河谷狭窄、地质条件复杂，高坝泄洪一般采用挑流消能方式，其中最大的问题之一就是泄洪消能设计，它直接影响工程的安全及正常运用。本项目根据三峡、隔河岩及水布垭三座有代表性的枢纽工程挑流消能设计及试验研究工作，结合国家科技攻关以及特殊科研项目研究，对重力坝、重力拱坝、面板堆石坝3种典型坝型采用挑流消能的适应条件、泄水建筑物布置、高速水流防空蚀措施、消能工布置型式及消能区防护型式、泄洪雾化传播规律等进行系统总结，提炼出适合各自坝型及泄洪消能特点的消能工设计及防护理论，为高坝挑流消能工的创新发展提供了例证。 主要技术创新 本项目依托国家自然科学基金、科技支撑（攻关）项目及依托工程关键技术问题等近150多个项目研究，通过50余座水力学模型（整体、断面、局部、减压），结合理论分析、数学计算、原型观测等研究手段，经过长达20年研究，深入研究了不同坝型（拱坝、面板堆石坝、重力坝）、不同挑流消能方式（常规挑流、宽尾墩、窄缝）、不同地质地貌条件（岩性坚硬、一般、软弱；河谷开阔、一般、狭窄）以及不同防护方式（护底水垫塘、护岸防掏墙、不护）的泄洪消能问题，揭示了各种典型布置下的泄洪消能水力特性，凝练了具有普适性的水流控导措施，集成创新和优化了挑流消能综合技术。 湖北省科技厅对项目的鉴定结论为，总体达到国际领先水平。其主要创新点如下： （1）针对拱坝和重力拱坝泄洪水流向心集中的难题，提出了“表孔宽尾墩非对称收缩+深孔下弯式窄缝非对称收缩+水垫塘”的新型泄洪消能工布置型式。 （2）针对下游非对称狭窄河谷特点，提出了分区陡槽窄缝挑坎非对称布置型式和异形鼻坎控导措施，成功协调了工程运行中冲刷和淤积的矛盾。 （3）针对导流底孔高速水流空化空蚀、泥沙磨损、下泄水流衔接及消能防冲等关键技术难题，提出了长有压管体型、组合布置型式以及导墙防冲措施。 （4）针对泄洪深孔空化空蚀问题，提出了高水头短有压管泄洪深孔的明流陡槽、突扩和掺气跌坎技术，改善了深孔明流段水流特性。 （5）针对泄洪消能雾化问题，建立了描述溅抛水滴与悬浮雾流运动的泄洪雾化水流全场数学模型；自主研发了雾化粒度分析系统，提出优势雨强和优频雨强的概念，建立了分区雨强模型律，并以此建立了基于泄洪雾化数值分析和模型试验的评价体系。 推广应用情况 项目研究发表论文逾100篇，其中SCI、EI收录10篇；出版专著4部，主持编写相关规程6部。项目优化研究提出的泄洪挑流消能工成功应用于隔河岩水电站、水布垭水电站和三峡工程，解决了拱坝泄流向心集中、非对称狭窄河谷消能防冲以及复杂运用条件下高水头泄洪深（底）孔的空化空蚀问题，产生了显著的经济效益与社会效益，其中直接经济效益超过3.5亿元，间接经济效益达22.9亿元。研究提出的泄洪雾化测量分析系统和预测技术，成功应用于构皮滩、水布垭和江垭等工程的泄洪雾化研究中。本项目研究成果为构皮滩、亭子口、皂市、彭水、寺坪和乌东德等10多项大型水利水电工程的设计和建设提供了重要参考，研究成果极大地推动了我国水利水电工程科研、设计和建设水平，具有较大的推广应用前景。
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