流体力学作业汇报

项目名称：

三峡大坝工程中的流体力学问题综述课程名称：工程流体力学

指导教师：高殿荣

学生姓名：苏国青、刘大昌、王娟、霍明庆、

郑鹏飞

日期：2011年3月24日星期四

前言

三峡水电站，又称三峡工程、三峡大坝。大坝坝高185m, 坝长2335m,最大蓄水位可达175m；水库总库容为393亿m3，防洪量为221.5亿m3，平均年流量为4510亿m3；电站总装机数为26台，年平均发电量达846.8KW.h。它位于中国重庆市市区到湖北省宜昌市之间的长江干流上。大坝位于宜昌市上游不远处的三斗坪，俯瞰三峡水电站并和下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。它是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。三峡水电站的功能有十多种,航运、发电、种植等等。1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，于2009年全部完工。

三峡大坝作为世界文明的水利工程之一，在整个工程的建造、运作、及其附属结构等方面都涉及到了流体力学问题。在多方面的流体力学知识的技术支持之下才能保证山峡大坝的正常运作。现将我们组收集到的相关问题整理罗列如下：

1、三峡坝区灌浆临界压力试验研究

2、三峡成库后重庆段运行水位流场模拟

3、三峡电站排沙底孔闸门振动水弹性模型研究

4、三峡工程蓄水运用对长江口径流来沙的影响

5、三峡升船机的水动力计算

6、三峡水库蓄水对长江进入河口流量时间的影响

7、长江水沙变化趋势与水利工程建设对河流健康的影响

8、高峡平湖水流急_谈湖水能量的转化

9、环形缝隙中压力水的流动规律研究与试验(1)

10、基于损失计算的水泵性能综合预测及分析

11、三峡船闸空间的一种构思

12、三峡大坝156m蓄水对船舶航行安全的影响分析

13、三峡大坝厂1_5号坝段深层抗滑稳定问题研究

14、三峡大坝导流底孔闸门流激振动水弹性模型试验研究

15、三峡大坝泄洪坝段过流面修补项目监理的质量控制

16、三峡大坝泄洪深孔长_短管方案比选

17、三峡大坝泄水闸计算机监控系统结构设计

18、三峡工程大坝蓄水方案

19、三峡工程大江截流问题分析

20、三峡工程升船机上闸首施工期工作性态分析

21、三峡工程泄水建筑物水力优化设计

22、三峡泄洪坝段弧形门门框安装尺寸控制

鉴于汇报时间有限，我们组筛选了其中具有代表性的五个问题做以详细介绍，希望通过我们的介绍使大家对三峡大坝工程中流体力学的相关知识有更深的了解，并激发大家的对此类问题的兴趣或对其做进一步的认识，加深同学们对《工程流体力学》这门课程的学习和理解！

正文

一、三峡水库入库流量计算方法及其对调度的影响分析

摘要: 应用动库容原理,提出了分段库容计算水库入库流的方法。同时就该方法对水库调度工作的影响进行了分析,针对存在的问题提出了相应的解决办法。该计算方法理论依据充分,物理概念明确,具有普遍的推广应用价值。入库流量的计算是水库调度中最重要的基础工作之一。水库洪水预报调度方案的编制、水库调度图的编制、水库调度经济评价及水库洪水调节演算等都需要入库流量资料。目前,三峡水库正处于蓄水期,其入库流量是根据静态水位库容曲线、坝前凰山水位、发电与泄流等资料,利用水量平衡方程反推计算得到,其计算结果存在两方面的主要问题:一是计算入库流量过程波动幅度非常大;二是这种入库流量过程实际上类似于坝址流量过程,调度过程的控制对其影响很大。这对于防洪调度、水情查询、业务报表制定等都造成较大影响。通过分析可知, 造成以上问题的原因主要有以下3 方面:

1) 三峡水库属于典型的河道型水库,上至朱沱,下至宜昌三斗坪坝址,全长700 多km ,上下游水位落差达30 m ,因此,库区任何水位站的水位都不能准确反映三峡水库的水位变化过程。

2) 目前选取的水位代表站为坝上的凤凰山站,该站离大坝较近,受泄流闸门启闭和发电负荷调整等影响,其水位有时会出现比上游邻近站的水位还高,水位过程波动也较大。

3) 三峡水库库容太大,水位因子极为敏感,只要略微变化,根据水位库容曲线查得的库容差相当大,对应的折算流量也就很大。

1 三峡入库流量计算方法

1. 1 入库流量界定

对于水库的入库流量,一般有2 种定义:“同时不同地”入库流量和“同地不同时”入库流量。

“同地不同时”入库流量是指同一地点(断面) 不同时间的流量序列所组成的流量过程。这样定义的入库流量过程既与断面位置有关,又与水库泄流过程有关,因此,不能正确反映入库洪水特征。

“同时不同地”入库流量指的是单位时间(秒) 内

不同地点汇集到水库的水量。即当坝址以上干流和主要支在水库壅水末端附近有水文站,且控制水库周边以上流域面积较大,资料又比较完整可靠时,可分别推算干支流和区间各部分的流量,然后叠加即得入库流量。这种方法概念明确,是目前国内外常用的界定方法,即可近似反映受水库水面线影响条件下的坝址天然流量过程,同时也可保证水库水量平衡方程在水调业务应用中的一致性。因此,目前三峡水库入库流量采用该方法进行界定

1. 2 基本原理

基于水量平衡原理,反推计算入库流量方法为:

式中:Δt 为计算时段长,单位为s ; qt 为时段平均出库流量,单位为m3 / s ; Qt 为时段平均入库流量,单位为m3 / s ;V t ,V t + 1 分别为时段始末水库库容,单位为m3 。

1. 3 计算方法

1. 3. 1 静库容法

在2007 年6 月份以前,三峡水库出入库计算采用静库容法进行计算。以凤凰山站作为出入库计算的上游代表站,根据三峡水库设计水位库容曲线进行时段始末水库库容查算。其优点是计算较简单,由凤凰山站水位变化即可判断坝址断面流量与出库流量的差异;缺点是入库流量的变化不能代表真正的入库水量的变化,只能代表坝址断面流量的变化。该流量受水库调度的影响较大,入库流量跳动很大,在枯水期流量很小时,计算流量会出现负值,对入库流量的确定带来困难。

1. 3. 2 分段库容法(近似动库容法)

经过对三峡水库上游14 个遥测水位站进行分段计算和对比分析,从2007 年6 月开始,三峡水库入库流量计算采用分段库容法进行计算。分段库容法以每段的平均水位分别查各段的水位库容曲线得到分段库容,累加计算时段始末水库库容,从而得到水库库容变化量。2007 年6 月～2007 年12 月采用

3 段法(凤凰山—秭归—奉节—寸滩) 。三峡水库蓄水至156 m 运行后,根据条件变化和研究成果,从2008 年1 月1 日开始采用8 段法(凤凰山—秭归—巴东—巫山—奉节—云阳—万县—石宝寨—寸滩)进行计算。三峡水库沿程水位站分布如图1 所示。

图1 三峡水库沿程水位遥测站分布图

该算法的优点是入库流量能真正反映入库水量的变化,计算入库流量跳动明显减小,即使在枯水期也不会出现负值,提高了入库流量确定的准确性;缺点是计算相对较复杂,采用多个遥测站水位进行计算,对遥测站的稳定性和数据准确性要求较高。三峡分段法与静库容法计算入库流量变幅对比如

图2 三峡分段法与静库容法计算入库流量变幅对比