小浪底水利枢纽工程中的流体力学问题

小浪底水利枢纽工程中的流体力学问题

摘要:小浪底水利枢纽工程是中外专家公认的世界上最具挑战性的水利工程之一,其工程规模宏大、地质条件复杂、水沙条件特殊、运用要求严格,在设计过程中运用了很多流体力学的重要理论和计算方法,是流体力学教学中不可多得的案例。

关键词:小浪底;流体力学;问题

小浪底水利枢纽工程是中外专家公认的世界上最具挑战性的水利工程之一,其工程规模宏大、地质条件复杂、水沙条件特殊、运用要求严格,在设计过程中运用了很多流体力学的重要理论和计算方法,是流体力学教学中不可多得的案例。文章对小浪底水利枢纽工程的液体力学问题进行分析,为流体力学教学提供参考。

1工程概况

黄河小浪水利枢纽工程位于河南省洛阳市孟津县小浪底,是黄河干流三门峡以下唯一能取得较大库容的控制性工程。黄河小浪底水利枢纽工程是黄河干流上的一座集减淤、防洪、防凌、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程,是治理开发黄河的关键性工程。

1994年9月主体工程开工,1997年10月大河截流,1999年底第一台机组发电,2001年12月全部竣工,坝址控制流域面积69.4万km2,占黄河流域面积的87.3%。工程以防洪、减淤为主,兼顾供水、灌溉和发电。小浪底工程拦河大坝采用斜心墙堆石坝,设计最大坝高154 m,坝顶长度为1 667 m,坝顶宽度15 m,坝底最大宽度864 m。坝体启、填筑量5l.85万m3、基础混凝土防渗墙厚l.2 m、深80 m。其填筑量和混凝土防渗墙均为国内之最。坝顶高程281 m,水库正常蓄水位275 m,库水面积272 km2,总库容126.5亿m3。

泄洪建筑物包括10座进水塔、3条导流洞改造而成的孔板泄洪洞、3条排沙洞、3条明流泄洪洞、1条溢洪道、1条灌溉洞和3个两级出水消力塘。由于受地形、地质条件的限制,所以均布置在左岸。其特点为水工建筑物布置集中,形成蜂窝状断面,地质条件复杂,混凝土浇筑量占工程总量的90%,施工中大规模采用新技术、新工艺和先进设备。

2小浪底水利枢纽工程中的流体力学案例

2.1渗流问题与防渗墙

流体在孔隙介质中的流动,称为渗流,达西定律描述了流动的基本规律,但部分学生对于渗流速度和实际速度的关系不理解,难于掌握如何运用渐变流的渗流