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1模型建立

根據電站上庫正常水位值，并考慮適當水位加高，上庫地形制作高程為530m．模型按弗汝德數重力相似準則設計，并考慮阻力相似．另外考慮到試驗成果精度、試驗場地和材料等，選定模型長度比尺為50，采用整體正態模型，上庫模型庫盆截取范圍為整個庫盆面積．在抽水蓄能電站上庫進出水口攔污柵槽處布置測流斷面，每個通道(面向庫盆通道號由右至左排列)分左、中、右3條測流垂線，每條垂線劃分為7個水層測點，根據測量結果計算出各個通道的平均流速和流量分配，由于庫水位的變化對通道平均流速和流量分配影響較小，取3個特征水位(死水位、1/2工作水位和正常蓄水位)條件下的平均值作為數學模型的計算條件，并假定其不隨庫水位的變化而變化．在抽水蓄能電站庫盆水流中，水平尺度一般遠大于垂向尺度，水力參數(如流速)沿垂直方向的變化常采用其垂向平均值，并假定沿水深方向的動水壓強服從靜水壓強分布．將三維流動的控制方程沿水深積分平均，即可得到沿水深平均的平面二維水流運動的基本方程，平面二維水流基本方程包括水流連續方程和水流運動方程．二維水流基本方程空間離散時用有限體積方法，時間離散用蛙跳方法．水流邊界條件為抽水蓄能電站進出水口進流和出流各通道流量分配，外邊界為抽水蓄能電站水庫主、副壩和庫岸．外邊界的處理方法是令閉邊界的法向流速為0，而沿切線方向的流速為非0值．采用“凍結法”處理干濕邊界，根據計算水位和庫底高程判斷網格單元是否露出水面，即定義臨界水深為0．005～0．01m，當水深大于臨界水深時，糙率取正常值，反之糙率取一大值(1010量級)．具體計算方法參考文獻．計算區域采用矩形網格，網格大小為5m×5m，x方向網格總數為176個，y方向網格總數為159個．

2模型驗證

由于庫盆內沒有實測進流和出流資料，本文參照相關教材［13］，采用糙率值如下:樹林0．070，旱地0.065，水田0．050，水面0．025．如果某網格內含有多種地形，則按照各種地形糙率的加權平均值確定該網格的糙率．此外，經驗表明，糙率隨水深增加而減小，并趨于穩定，據此規律確定抽水和發電工況計算中網格的糙率．圖1引水渠測流斷面布置示意圖在引水渠內3個斷面布置測流斷面，樁號為0-156.685、0-198.573和0-248.573，如圖1所示，每個測點分別測量了其表面及底部的流速值，兩個值取平均作為該點的平均流速．利用實測發電工況引水渠流兩個特征水位(死水位和1/2工作水位)對應的流速數據對建立的混交模型進行驗證．為發電工況運行下引水渠流速分布試驗值和模型計算結果的比較，3計算工況庫盆流態主要取決于庫盆環流和水流強度，抽水蓄能電站上在各種工況運行時，在庫盆內會出現環流區．因此對于抽水蓄能電站上庫，本文模擬了抽水工況和發電工況運行條件下3個特征水位的庫盆流態．近集中進入通道，因此靠近進水口附近的斷面(如0-156.685斷面)流速普遍較大，模型計算結果與試驗結果也基本保持一致，所建立的混交模型能夠合理的反映出庫盆水流運動規律．

3計算結果與分析

為抽水蓄能上庫在抽水工況運行下3個特征水位對應的庫盆流態，在庫水位較低時(死水位)，水流出流后主要沿著引水渠流動，在遇到庫盆中間山包后水流一分為二，引水渠偏左(面向庫盆)的一股水流形成一逆時針方向的環流區，環流流速在0．30m/s左右;引水渠偏右(面向庫盆)的另一股水流在山包兩側形成兩個順時針方向的小環流區，環流流速在0．25m/s左右．隨著庫水位的升高(1/2工作水位)，水流漫過大部分區域，水流流向不再受引水渠的影響，整個庫盆圍繞著庫盆中間的山包形成一個較大的順時針方向的環流區，環流流速在0．10m/s左右．隨著庫水位的繼續升高(正常蓄水位)，庫盆中間的山包被淹沒，順時針方向較大的環流區逐漸消失，在引水渠兩側出現方向相反的兩個環流區，環流流速為0．05m/s左右．從圖4可以看出，隨著庫水位的升高，庫盆內水流流速逐漸減小．為抽水蓄能上庫在發電工況運行下3個特征水位對應的庫盆流態，在庫水位較高時(正常蓄水位)，整個庫盆水面較平靜，無明顯環流出現，只有在進水口附近才會看到水流集中流入進出水口，庫盆水流流速小于0．5m/s．隨著庫水位的降低(1/2工作水位)，庫盆水面面積減小，除進水口外，其他區域沒有明顯的水流流動，引水渠右側(面向庫盆)坡體地勢較高，水流從坡體兩側進入到進水口前池，整個庫盆水流流速小于1．0m/s．隨著庫水位的繼續降低(死水位)，庫盆中間的山包逐漸露出水面，水流從山包兩側匯集進入。

4結束語

采用發電工況試驗數據對建立的混交模型進行驗證，靠近進水口附近的斷面流速普遍較大，模型計算結果與試驗結果也基本一致．建立的混交模型能夠合理地反映出庫盆水流運動規律．應用建立的混交模型模擬抽水蓄能電站上庫抽水工況和發電工況運行下死水位、1/2工作水位和正常蓄水位對應的庫盆流態．針對抽水蓄能電站庫盆流態數值模擬問題，建立了模擬庫盆流態的混交模型，庫盆流態采用直角二維數學模型進行計算，進出水口模型試驗結果為數學模型提供計算條件．在抽水工況運行下受地形影響庫盆和進出水口附近會產生環流區，兩種工況下庫盆水流流速與庫水位成反比關系，庫盆流態比較合理．

作者：張強王寅單位：南昌工程學院