附件1 毕业论文参考方向
一、应用型
1. ××水库土石坝设计
2. ××水库重力坝设计
3. ××水库除险加固设计
4. ××水库溢洪道设计
5. ××渡槽设计
6. ××防洪堤设计
7. ××工程施工组织设计
8. ××水电站厂房设计
二、应用基础型
9. ××灌区节水改造技术分析
10. 水利水电工程中大体积混凝土的施工养护措施
11. 水利水电工程监理质量控制技术研究
12. 水利水电工程基础处理施工技术研究
13. 水利水电工程施工中的边坡开挖及防护技术
14. 水利水电工程环境管理与监测
15. 水利水电工程施工质量控制措施
16. 水利水电工程建设投资控制措施
17. ××技术在水利水电工程中的应用
18. 定额编制在水利水电工程造价管理中的应用
19. 水利水电工程水库大坝坝基固结灌浆施工技术
20. 水利水电工程灌浆质量控制的探讨
21. ×××农村饮用水安全问题及对策研究
22. 水利水电工程建设对生态环境的影响分析
23. 水利水电工程档案管理创新研究
24. 水利水电工程管理的重要性研究
25. 水利水电工程施工阶段的成本控制研究
附件2 毕业论文开题报告撰写要求及格式规范
一、开题报告撰写要求
开题报告撰写时，基本资料应已收集齐。正文的主要组成及要求如下（以设计为例）：
（一）题目
要准确精炼地表达设计对象、内容以及要解决的问题。字数原则上不超过20个字。
（二）立题依据
1.项目概况。简要说明设计项目名称，工程所在区的情况、工程的基本情况，如工程地质、水文气象、工程存在的问题等。
2.目的与意义。回答为什么要设计，交代设计项目要实现的目标或达到的目的，设计成果可能的应用前景，工程建设的意义和必要性等。
3.文献综述。阐述国内外文献就相关领域问题已提出的观点、结论、解决方法、阶段性成果等。要有学生本人的分析和归纳，突出选题在当前研究中的位置，落脚到解决问题的新思路上。
（三）设计的主要内容及预期目标
围绕设计目标来阐述设计内容，要求详实、周密。明确设计项目完成后要达到的预期目标（成果）有哪些。
（四）设计方案
毕业设计应阐明具体的设计步骤，采用什么样的方法进行设计；要求有技术路线图以体现设计流程和设计思路。设计方案是开题报告的重点和核心内容，要能反映出按照方案实施就能完成设计内容、达到预期目标。
（五）设计进度安排
对整个设计项目在时间及顺序上进行安排，整个项目要分阶段进行，对每一阶段的起止时间、相应的设计内容均要明确，保证设计进程的逻辑性和连续性。进度安排应与学校的安排吻合。
（六）参考文献
开题报告中引用的文献应以近期、且与设计直接有关的学术文献、设计手册和最新的设计规范为主。参考文献应是自己阅读过的，应在正文对应位置进行标注。毕业论文参考文献不少于10篇，学位论文参考文献不少于15篇；30%以上的参考文献为近5年出版。（不申请学位答辩的论文即为毕业论文，申请学位答辩的论文即为学位论文。）正文中应按顺序在引用参考文献处的文字右上角用上标[X]标明，[X]中的数字应与正文之后列出的“参考文献”中序号对应。
二、开题报告格式规范
（一）字数要求
开题报告正文不少于2500字（不含参考文献）。
（二）排版要求
1.开题报告要求统一使用 Microsoft Word 软件进行文字处理，填写在《本科毕业论文（设计）开题报告》表内（见后附件）。
2.开题报告表用A4页面打印。开题报告需要设置页码，页码编号格式为“1，2，3…”，下端居中，小五号Times New Roman。版面页边距上边距 2.5cm，下边距 2cm，左边距 2.5cm，右边距 2cm。表格宽度调整与页边符对齐，如下图所示。
3.各级标题一律用黑体小四号，正文用宋体小四号，英文、数字用 Times New Roman小四号；字符间距为标准，行间距为 1.5 倍，对齐方式为“两端对齐”。对于文中标题的编号，采用 1、1.1、1.1.1……进行逐级编号。
4.各类图表的绘制均应符合国家及专业标准。图题置于图的下方，由图号和图名组成，图号与图名之间空一格，均用黑体五号字。图号按顺序编排，如第一幅图图号为“图1”。图表应编排在正文提及之后。
5.表格一般采用三线表，不加左右边线，上下底为粗实线（1 磅），中间为细实线（0.75 磅）。表题置于表的上方，由表序号和表名组成，其间空一格，均用黑体五号字。表格中字体用宋体五号字(数字及字母用Times New Roman五号) ，一律用单倍行距。表序号按顺序编排，如第一个表序号为“表1”。表头尽量不用斜线。图注、表注用小五号宋体。公式必须用公式编辑器输入，文章中所有公式都应为统一字体，字体及排版应与正文相适应。
6.主要参考文献格式（一律用五号，见范例）。
①中文作者的姓名表达为：姓名，作者与作者之间用逗号隔开。
②中文作者大于3个以上，只写前面3个，后面作者用“, 等”。如：郑颖人, 赵尚毅, 邓楚键, 等.
示例：
[1] 蒋有绪, 郭泉水, 马娟, 等. 中国森林群落分类及其群落学特征[M]. 北京: 科学出版社, 1998.
[2] 张志祥. 间断动力系统的随机扰动及其在守恒律方程中的应用[D]. 北京: 北京大学数学学院, 1998.
[3] Sun S, Wang Y, Liu J, et al. Sustainability assessment of regional water resources under the DPSIR framework [J]. Journal of Hydrology, 2016, 532: 140-148.
[4] 中华人民共和国水利部. 土壤侵蚀分类分级标准SL 190-2007[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2008.
[5] 王思远, 张增样, 赵晓丽, 等. 遥感与GIS技术支持下的湖北省生态环境综合分析[J]. 地球科学进展, 2002, 17(3): 15-16.
……
附件3
本科毕业论文（设计）开题报告样表
毕业论文（设计）题目
专业 导师
姓名 学号
（立题依据、研究的主要内容及预期目标、研究方法与步骤、论文进度安排、主要参考文献等）
附件3 毕业论文开题报告范例
本科毕业论文（设计）开题报告
毕业论文（设计）题目 ×××混凝土重力坝设计（应用型）
专业 水利水电工程 导师
姓名 李小强 学号
1 立题依据 1.1 项目概况 ×××水库位于秦岭南麓，汉江一级支流丹江的上游段。水库控制丹江上游流域面积965km2。流域内北高南低呈扇形，相对高差880m，平均海拔1200m，分水岭脊线高程为1900m。水库枢纽处河床高程720m，其附近河床平均比降为3.7%。流域内地质岩性为石英云母片岩、绢云母绿泥石片岩、石英岩等。该水利枢纽由溢流坝、非溢流坝和泄水底孔等建筑物组成。 1.2 目的与意义 水是生命之源，水利工程建设是人民生活稳定的保障， 是现代化国家建设的基石，需要加强对水利工程的建设，才能不断促进国家进步[1]。水利工程的建设具有重要的防洪固堤功能，为满足附近区域的社会生产、农业灌溉以及日常生活用水做出巨大贡献。×××水库属丹江流域，丹江流域地处亚热带季风气候区，多年平均降水量779mm，降水主要集中在7、8、9三个月占全年降水量的46%。由于降水时空分布不均，径流6～10月为丰水期，12月至次年3月为枯水期。由于流域上游山高坡陡，河短流急，峰型单一，一次洪水过程一般为一日。流域下游汇流面积增大，洪水过程延长至2～5天，峰型呈多峰。丹江径流量小、年际变化大，洪水灾害严重而频繁，含沙量较多。×××库地处上游暴雨中心区，且控制流域面积较大，由于暴雨或连阴雨，丹江流域洪水频繁。此段流域上大坝的修建能够使水流分配更加均匀，是减轻洪水灾害的措施之一；水库可以滞留、储蓄部分洪水，削减破坏性的洪峰，减少水库下游的水流流量及洪水带来损失，×××水利枢纽建成后将使丹江中下游的防洪能力大大改善，减少了洪灾对下游人民的威胁。×××水利枢纽的建成对于实现改善丹江上游水体，提高城区人居环境质量有着重大的积极作用。×××风景秀丽，同时具有较好的旅游效益，是国家南水北调中线工程上游的一个重要节点[2]，将有力促进当地社会、经济、环境的可持续协调发展；×××水库的建成，市区的水资源供需实际，将×××水库水源作为城市供水首选水源，市区内地下水作为辅助和补充水源[3]。 综上所述，×××混凝土重力坝工程是一个综合效益显著的工程。 1.3 文献综述 目前，在兴水利的历程中，重力坝是一种最常用的坝型。它是由混凝土或浆砌石修筑的大体积挡水建筑物，其基本剖面是三角形[4]。混凝土重力坝的坝体所承受的压力往往包括泥沙压力、库水的静水推力及地下水的扬压力等，其中静水推力与扬压力尤为重要。这里所涉及的压力经过坝体结构与坝体本身的重量一起传到坝基，并在基岩内部产生极其复杂的状态，而坝体主要依靠其自身和坝基之间的摩擦力来确保自身的稳定[5]。它具有相对安全可靠耐久性好，抵抗渗漏、洪水漫溢、地震等性能较强；设计、施工技术简单，易于机械化施工；对不同的地形和地质条件适应性强，任何形状河谷都能修建重力坝；对地基条件要求相对来说不太高，在坝体中可布置引水、泄水孔口，解决发电、泄洪和施工导流等问题的优点。混凝土由于其高密度与高强度，再加上成本低廉，所以成为最理想的建筑材料，被广泛应用于各大重力坝建设中，利用其自身的重力和强度来抵挡上游湍急的水流的压力以及承载其他外部载荷[6]。因此本次毕业设计选择混凝土重力坝。 1.3.1 研究现状 我国现有各类水库大坝9.8万余座，为保障我国防洪、供水、粮食、能源和生态等的安全奠定了重要基础[7]。就目前中国的水利发展水平与经济社会需要、人民对美好生活的期待而言．水利工程建设仍然存在短板，在一个时期内继续推进水坝建设仍然不可或缺[8]。混凝土重力坝设计是水利工程建设的重点，混凝土重力坝的设计不仅关系到国家水利工程的建设，同时还关系到混凝土重力坝工程施工时的安全性。混凝土坝渗流性态直接影响其安全状态，为了保障大坝安全，需要在对大坝渗流量、绕坝渗流、扬压力等进行单一分析的基础上，合理、科学地完成大坝渗流性态的综合评价[9]。 在水利水电工程建设中，混凝土重力坝凭借设计简单、施工方便、适应性强等特点得到广泛采用，混凝土面墙技术可满足重力坝的快速施工要求，在国外很多国家已经得到成功应用[10]。21世纪，泰国的科隆塔丹重力坝应用该技术取得了较大成功。混凝土面墙技术由此受到很多专家的关注[11]。 2 设计主要内容及预期目标 2.1 设计主要内容 （1）坝址的选择 （2）水文计算和调洪计算 （3）非溢流坝的设计 （4）溢流坝段的设计 （5）细部构造设计 （6）地基处理 2.2 预期目标 通过修建大坝将×××打造成为集饮用水源，农业灌溉、生物多样性以及生态旅游一体的区域，为流域上的居民提供可靠的供水来源，满足其供水的需求，减少干旱洪涝等自然灾害的发生，带动流域上的经济发展。 完成大坝的初步设计以及相应的工程CAD设计图。 3 设计方案 3.1 设计方法与步骤 根据×××水电站所在地的基本地质资料、气象水文资料、地形地貌资料，初步拟定工程，根据已有资料进行大坝高程计算、确定剖面、进行荷载计算，进行断面设计并进行稳定性分析，进行溢流坝段相关计算和坝基处理，最后总结设计。 3.1.1 坝址的选择 坝址和坝型选择的合理性关系到工程的安全、工程量、工程造价，也关系整个水库的投资效益，一般从工程地质、枢纽布置、建筑材料、施工条件、工程造价等方面进行比较[12]。通常每个坝址都有若干种坝型方案可供选择，而各个方案互有优缺点，坝型的比选通常遵循技术可行性、效益最大化、整体与具体相结合的原则[13]。本次设计主要从×××的工程地质，枢纽布置方面进行坝址的选择。 3.1.2 水文计算和调洪计算 确定水库的各种特征水位及流量，根据水工建筑物的防洪标准确定设计洪水为100年一遇，校核洪水为500年一遇。参照整编的资料及数据，对其进行各种特征水位的确定，其使用的公式是水量平衡方程式： （1） 式中：t为计算时段长度，s；Qt、Qt+1为计算初末时段的入库流量，m?/s； qt、qt+1为计算时段初末的出库流量，m?/s； Vt、Vt+1为计算时段初末的蓄水量，m?。 利用列表式算法推导出下泄流量与水库库容之间的关系，再选取合适的时段，带入水量平衡方程式，开始计算时刻和此时刻的Vt、qt值，然后列表运算，在这个过程中，每个时刻相应的值都要试算。每个时段依次试算，所得结果即为调洪计算的结果。 3.1.3 非溢流坝的设计 （1）剖面设计 1）坝顶高程 根据《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2018），坝顶高程高于校核洪水位，坝顶上游防浪墙顶的高程应高于波浪顶高程，其与正常蓄水位或校核洪水位的高差可由计算得出。选择两者中最大者作为最终选定高程。公式如下： （2） 式中：为波浪高度，m； hz为波浪中心线至静水位高度； hc为安全等级超高，m； 设为正常蓄水位基本荷载组合作用下需要的超高，m； 校为校核洪水位时需要的超高，m。 2）坝顶宽度 坝顶宽度：取最大坝高的8%～10%，由交通、地质情况等条件确定。 3）坝坡 根据坝体底部是否设置泄水孔或引水管道、混凝土与岩基面的摩擦系数和凝聚力数值大小、有无进口设备情况，将基本剖面修改为实用剖面并依照相关工程经验，确定上、下游坝坡坡率及其形态。 （2）计算荷载及组合 1）自重计算 坝体自重及其永久设备自重是维持大坝稳定的主要荷载，坝体的自重可由公式得出。水工建筑物结构自重，应按结构设计尺寸与其材料容重计算确定。 2）静水压力计算 垂直作用于建筑物（结构）表面某点处的静水压力： （3） 式中：为水容重（kN/m3）； H为水头（m），按计算水位与计算点的高差确定。 3）扬压力计算 坝基地质条件和防渗、排水措施均对坝基扬压力分布图有较大的影响，情况十分复杂，因此通常根据已建工程的实测资料，统计分析排水孔处的扬压力水头与上、下游水位的关系，确定扬压力的基本分布图形，并进行扬压力的具体计算。 4）泥沙压力计算 根据《水工建筑物荷载设计规范》，作用在坝、水闸等挡水建筑物单位长度上的水平淤沙压力计算单宽坝段上泥沙压力。 5）其他荷载计算，如浪压力等。 （3）抗滑稳定分析 目前，重力坝稳定性计算多采用刚体极限平衡法[14]。本次设计采用抗剪断强度公式进行抗滑稳定计算： （4） 式中：K′为按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数； f′为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断摩擦系数； c′为坝体混凝土与坝基接触面的抗剪断凝聚力（kPa）； A为坝基接触面截面积（m2）； ∑W为作用于坝体上全部荷载（包括扬压力，下同）对滑动平面的法向分值（kN）；∑P为作用于坝体上全部荷载对滑动平面的切向分值（kN）。 （4）应力分析 以校核施工期和运行期的强度要求，分析大坝在关键部位，如上下游坝面、坝址和坝踵等处的应力变形和发生破坏的可能性，检验是否满足相应的强度指标和应力控制指标。混凝土重力坝应力分析的关键是坝踵处的应力梯度较大。 本次设计采用材料力学法进行计算，计算设计工况、校核工况和地震工况下的应力分布情况，判定其计算结果是否满足《混凝土重力坝设计规范》（SL319-20018）要求，若不满足，则改变非溢流段剖面设计结果中的坝坡设计重新计算，直至满足设计要求。 3.1.4 溢流坝段设计 （1）溢流坝剖面设计 溢流坝剖面由堰顶曲线段、中间直线段、下部反弧段组成。为了设计施工方便，本设计采用WES曲线来设计溢流坝剖面。 （2）消能防冲设计 以坝址地形、地质条件、下泄流量等进行消能防冲设计。考虑到×××水库所处位置的河床岩石较完整、坚硬，采用挑流消能是比较经济和可靠的。 （3）坝面水线计算 本次设计使用《水工设计手册6——泄水与过坝建筑物》提供的计算水面线的方法，先确定自然掺气开始发生点的位置，再计算曲线段的长度，判定自然掺气的情况，最后计算整个坝面水面线。 （4）计算荷载及组合 溢流坝段计算荷载及组合的计算公式和计算步骤与非溢流坝段相同。 （5）抗滑稳定分析 溢流坝段采用抗剪断强度公式进行抗滑稳定计算，其计算步骤与非溢流坝段相同。 （6）应力分析 溢流坝段应力分析采用材料力学法，其计算公式和计算步骤与非溢流坝段相同。 3.2.5 细部构造设计 构造设计包括坝顶构造、廊道系统、坝体分缝、坝体止水、坝体排水等。 3.2.6 地基处理 常见的处理方式是根据坝基应力进行开挖与清理去除风化层、采用帷幕灌浆降低渗透压力和以防渗铺盖减小渗漏、固结灌浆增强整体性和降低透水性、以铺设排水孔降低扬压力来进行坝基排水、在夹层处以混凝土塞或锚索等处理。 3.3 技术路线 ×××混凝土重力坝设计技术路线见图1所示： 图1 技术路线图 4 设计进度安排 （1）2020年10月-2020年12月，查阅相关文献，收集资料，设计实验。 （2）2021年1月-2021年2月，完成坝址的选择确定与水文及调洪及计算。 （3）2021年2月-2021年3月，非溢流坝段设计抗滑稳定分析、应力分析、溢流坝段设计、细部构造和地基处理。 （4）2021年4月-2021年5月，毕业设计的撰写、定稿。 5 参考文献 [1] 经瑞. 水利工程地基处理关键技术探析[J]. 绿色环保建材, 2019, 3: 238-241. [2] 陈小平. 商洛市二龙山水库环境现状调查及污染治理对策[J]. 地下水, 2013, 35(5): 66-67. [3] 王申有. 商洛市二龙山水库水源区水资源保护浅析[J]. 陕西水利, 2015, 5: 50-51. [4] 麦家煊. 水工建筑物[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005. …… [12] 杨军盛, 瓮南溪. 水库工程坝址及坝型方案比选[J]. 黑龙江水利. 2016, 12(2): 67-70.
注：1.选题类型：基础型、应用基础型、应用型、调研型；
2.课题来源：国家级项目、省部级项目、横向合作项目、校级项目、自选项目。
附件4 毕业论文撰写要求及格式规范
一、工作量及工作态度要求
1、毕业论文（设计）工作量：正文字数不少于5000字，学位论文正文字数不少于8000字（不包含目录、参考文献、致谢、附录），中文摘要不少于120字。
2、在毕业论文（设计）过程中应态度认真，作风严谨，无抄袭、造假的行为。
二、毕业论文（设计）结构
毕业论文（设计）的主要组成及要求如下（以设计为例）：
1. 题目。表述设计所研究的对象和内容，必须与开题报告的题目一致。
2. 作者。题目下第一行标注作者专业、学号和姓名；第二行注明指导老师姓名。
3. 中文摘要与关键词。摘要不少于120字。摘要应准确、概括地反映设计的主要内容，主要包括本设计的目的、方法、得到的结果和结论，力求语言精炼准确。摘要中不使用公式、图表，不标注引用文献编号。关键词应采用能覆盖毕业设计主要内容的通用技术词条，一般列3-5个，按词条的外延层次从大到小排列。
4. 设计正文。正文一般包含前言、设计主体、结论等部分。
a) 前言应包括项目概况、选题背景、目的意义及所要设计的主要内容。
b) 设计主体是正文的主要部分，主要包括：研究对象、方法与计算过程、结果与分析、结论等。设计的结果与分析应该有明确的针对性。
c) 图表与公式的布局须合理、整洁，线条粗细均匀，标注规范，注释准确，图表单位统一为国际单位制。写作须合乎逻辑，计算准确，层次清楚，重点突出，文字通顺。
d) 不得在各级标题上标注引用文献编号。
e) 结论应该基于计算结果和设计标准（规范）进行合理性分析和总结，以简练的文字对设计的主要工作和成果进行评价。
7. 参考文献。文献条目应与开题报告有区分。其它要求与“开题报告”同。
8. 致谢。向给予指导、帮助完成设计工作的单位或个人致谢。
9. 附录。设计成果不宜插入正文的，应以附录（图）排在正文后。需用表格、程序、软件计算的，要在说明软件、输入参数，提供计算过程，以反映成果为原创。
三、格式要求
1.毕业设计（论文）按照A4幅面排版。
2.对于文中标题的编号，一律用数字排序，不同层次的数字之间用圆点“.”相隔，不要超过4级层次。各级标题与段落之间不留空行。各级标题一律用黑体小四号，正文用宋体小四号，英文、数字用 Times New Roman；字符间距为标准，行间距为1.5倍，对齐方式为“左对齐”。
3.正文页码为小五号Times New Roman体，下端居中，全部采用阿拉伯数字排序，如1，2，3等。内页封面不编排页码。页面设置：上边距2.5cm，下边距2cm，左边距2.5cm，右边距2cm。
4.全部不加页眉。
5.各类图表的绘制均应符合国家及专业标准。图、表与正文之间上下各空一行。应先在正文中表达“***见图×-×或表×-×”，然后才能出现图或表。图题置于图下方，由图号和图名组成，图号与图名之间空一格，均用黑体五号。图号按顺序编排，如第3章的图依次为：图3-1，图3-2……。插图应清晰、大小适中，图片周边留空不得过大，不得超过页面宽度的1/4。引用的插图应标明出处。图名和图片不得分处2页。多图并排应有空隙，以便区分。
表格的格式要求同“开题报告”。
6.公式应居中、编号右对齐。每一章的公式应统一编号，比如：第1章的公式编号依次为：（1-1）（1-2）……。在文中引用公式时要注明所引用公式的编号。公式中的字母意义第一次出现时要说明。
格式参考如下：
Δh= hb+ hz+ hc （3-1）
式中：Δh—防浪墙顶高程与正常蓄水位或者校核洪水位的高差，m；
hb—波浪高度，m；
hz—波浪中心线至静水位的高度，m；
hc—安全超高，m。
注：要求全文所有公式都应为统一字体，建议为Times New Roman。
上述未明确规定的格式，必须全文保持一致。
附件5 毕业论文范例
四川农业大学网络教育
本科毕业论文（设计）
（20 次）
题 目： ××泄洪洞水力特性研究
学 院：
专 业： 水利水电工程
学生姓名： 学号：
导 师：
目 录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 泄洪洞泄洪消能研究现状 1
1.2 狭窄河道大单宽流量明流泄洪洞的研究难点 2
1.3 本文的主要研究内容及技术路线 3
2 紊流数学模型 5
2.1 水气两相流的VOF模型 5
2.2 紊流模型 6
2.3 数值求解方法 7
2.3.1 方程的离散及线性化 7
2.3.2 压力-速度耦合算法 8
2.3.3 固壁边界处理 8
2.3.4 方程的求解 9
3 水工模型试验研究 10
3.1 工程概况 10
3.2 研究目的及内容 14
3.2.1 试验目的 14
3.2.2研究内容及试验工况 14
3.3 模型设计 14
3.3.1 相似准则与模型比尺 14
3.3.2 工程基本参数 16
3.3.3 上下游水位控制及模型试验测量仪器 17
3.4 原设计方案泄洪消能研究 17
3.5 优化后体型模型试验成果 25
3.5.1 泄洪水流流态分析 26
3.5.2 泄流能力分析 32
3.5.3 泄洪洞溢洪道沿程水面线及洞顶余幅 36
3.5.4 泄洪洞溢洪道底板压强及沿程空化数 41
4 数值模拟计算成果 45
4.1 计算方法 48
4.1.1 网格划分 48
4.1.2 边界条件 49
4.1.3 网格敏感性分析 50
4.2 数值计算结果分析 50
4.2.1 泄流能力 51
4.2.2 水流流态 51
4.2.3 水面线 56
4.2.4 底板压强及空化数 62
4.3 方案的可行性分析 68
4.3.1 水面线对比分析 68
4.3.2 水位对比分析 73
5 结论 74
参考文献 76
致谢 78
××泄洪洞水力特性研究
水利水电工程 王XXX（学生姓名）
导师：张三
摘要：本文结合西南地区某高水头水库工程，采用模型试验和数学模型计算相结合的方法对该工程的大单宽流量泄洪洞和洞式溢洪道的水力特性进行研究。论文主要研究了泄洪洞和洞式溢洪道的泄流能力、流态、水面线、掺气水深、底板压力分布、空化数沿程分布、设置掺气坎的可行性、挑流水舌参数以及下游动床冲刷试验和河道流场分布。
研究结果表明，……，研究成果对类似工程的泄洪消能具有借鉴意义和应用价值。
关键词：明流泄洪洞；水力特性；大单宽流量
1 绪论
1.1 泄洪洞泄洪消能研究现状
泄洪消能建筑物是水利水电工程的重要部分，在工程投资中占的比例最大，往往达到60~70%，甚至更大。……目前，对高水头、大流量、窄河谷工程的泄洪消能已经有不少研究成果[4-6]，但由于不同的工程水文条件、地形地质条件不同，普适性的成果仍有待深入研究总结。
1.2 狭窄河道大单宽流量明流泄洪洞的研究难点
单宽流量大且流速高的工程，下泄水流泄洪功率很大，而下游河道往往较狭窄，导致下游河床冲刷较严重，每年汛期过后需要频繁的维修，可能需要较长的河段，水流才能恢复到天然河道状态。……，因而狭窄河谷高速大单宽流量明流泄洪洞的泄洪消能问题一直是研究的重点和难点。
1.3 本文的主要研究内容及技术路线
本文通过水工模型试验和数值模拟计算，研究该工程的泄洪洞和洞式溢洪道在特征泄洪工况下的泄流能力、上下游水流流态、沿程水面线、洞顶余幅、沿程压力以及泄洪底板空化数分布、流速、下游冲刷情况等水力特性参数，为工程设计和运行提供科学依据。具体研究内容为：
（1）通过物理模型试验得到泄洪系统的泄流能力，水面线和洞顶余幅、底板压强及沿程空化数，挑坎出口水深分布，挑流水舌入水形态等；
（2）……
2 紊流数学模型
2.1 水气两相流的VOF模型
本文研究对象的水库库区、下游河道、泄洪洞和溢洪道以及出口挑坎在泄洪过程中都存在自由水面。具有与大气接触的自由表面的水流都属于水、气二相流动，这种水流在生活中非常普遍，可以说随处可见，但追踪捕捉自由水面却是数值模拟的难点，原因在于水、气二相流相间相互作用的机理较复杂，计算流体力学（CFD）的重点研究之一就是研究提高水、气二相流相互耦合计算的更好方法，以提高自由水面的模拟精度。迄今为止已经有多种模拟水气二相流自由水面的方法，本研究采用目前影响较大，求解水气二相流自由水面较为理想的VOF法捕捉追踪自由水面。
……
下面公式（2-2）为水的体积相对分数的控制微分方程：
(2-2)
式中，t—时间，和—空间速度分量和坐标分量（i=1, 2, 3）。
水气二相流的交界面的跟踪捕捉就是通过求解公式（2-2）连续方程来完成。
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表2-1 控制方程中的常数值
Cμ Ck Cε Cε1 Cε2
0.09 1.0 1.3 1.44 1.92
引入VOF模型的紊流模型方程与单相流的模型形式是完全相同的。只是密度和的具体表达式不同，和是体积分数的函数，而不是常数。它们可由下式表示：
(2-9)
(2-10)
式中，—水的体积相对分数，和—水和气的密度。和—水和气的分子粘性系数。通过对水的体积分数的迭代求解，和值都可由式（2-9）、（2-10）求出。
2.3 数值求解方法
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3 水工模型试验研究
3.1 工程概况
本工程左岸及河床为边阳组第二段第二层（T2b2-2），以钙质泥岩为主，右岸出露边阳组第二段第三层（T2b2-3），以砂岩为主，本工程建筑物抗震设计烈度为7度，地震动峰值加速度为0.10g。
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图3-1工程枢纽平面布置图
3.2 研究目的及内容
3.2.1 试验目的
试验目的是在对设计提交的模型试验方案进行全面验证的基础上，针对模型试验中暴露的问题，对设计方案进行调整、修改和再试验。通过试验——修改——试验——修改等过程，优化布置方案、建筑物型式和有关设计参数，为设计最终推荐枢纽布置方案等提供充分的水力学依据。
3.2.2 研究内容及试验工况
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3.3 模型设计
3.3.1 相似准则与模型比尺
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3.5.1 泄洪水流流态分析
3.5.1.1 闸前流态
图3-16和图3-17分别为校核洪水位工况下洞式溢洪道和泄洪洞闸前流态，库区水位为800.45m。从图中可以看出，进口水流顺畅，校核洪水位时洞式溢洪道引渠段两侧边墙存在轻微的绕流漩涡，但对溢洪道过流没有影响，堰面水流平稳，水面光滑；进口整体流态较好，水位稳定。
……
3.5.1.3 出口流态
图3-26和图3-27为校核洪水位工况下洞式溢洪道和泄洪洞出口流态。经试验测量，洞式溢洪道水舌落水点距离挑坎末端最远距离为82.5m，最近距离为62.5.0m，水流扩散充分；泄洪洞水舌落点距离右边挑坎末端最远距离为65.5m，距离右边挑坎末端最近距离为23.25m，水流经挑坎侧挑进入下游河道，水流充分扩散，无岸坡冲刷。洞式溢洪道水舌与泄洪洞水舌没有空中碰撞。
3.5.2 泄流能力分析
3.5.2.1 洞式溢洪道泄流能力
洞式溢洪道全闸敞泄时流量按实用堰计算，溢洪道过流能力的计算公式为：
(3-3)
式中，m—综合流量系数；b—洞式溢洪道进口实用堰宽度，b=9.5m；H0—考虑行近流速在内的堰顶高程（784.00m）以上的水头，，H—堰顶高程784.00m以上的水头，—行近流速，由于库区水流速度较小，可以忽略行进流速的影响，g—重力加速度。
通过综合流量系数m来反应行近流速对过流能力的影响。
综合流量系数m的计算：
(3-4)
洞式溢洪道全开时，库区距洞式溢洪道中心线左侧30m，水位、流量及流量系数成果见表3-9。
……
图3-32 洞式溢洪道单独敞泄时水位~流量关系曲线
……4 数值模拟计算成果
通过水工模型试验对优化后泄洪洞各工况下的水流流态、泄流能力，设计及校核水位下的沿程压力特性、沿程水深、下游冲坑深度等水力特性进行研究后，本论文还同时采用数学模型计算手段对体型进行了多种优化方式（图4-1~图4-5）。由于该工程坡度缓，经试验及数模计算发现，若增设掺气坎，则掺气坎空腔水流回溯，难以形成稳定空腔，因此该体型不适合采用增加掺气坎的优化方案。后又对泄洪洞溢洪道末端挑坎进行多种体型优化，最终选择出了一种合适的体型（图4-5）。
图4-1 体型优化过程方案一
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图4-2 体型优化过程方案二
本文首先通过查看图纸，在建模软件中中建立三维模型、进行网格划分并设置边界条件；在数值仿真软件中进行计算，最后在后处理软件上进行数据处理，生成相关图表，绘制出各类等值线图和云图。使计算结果更加直观，可视化。整个研究流程如图4-6所示。
4.1 计算方法
4.1.1 网格划分
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4.2 数值计算结果分析
通过数值计算来研究溢洪道和泄洪洞在各特征泄洪工况下的泄流能力、水流流态、沿程水面线、洞顶余幅、沿程压力以及空化数分布、流速等水力特性参数，与模型试验结果进行对比分析。
4.2.1 泄流能力
根据溢洪道过流能力的计算公式可得，在校核工况和消能防冲情况下，综合流量系数分别为0.4377、0.4295。
……
4.2.2 水流流态
图4-11~图4-14分别为校核工况、消能防冲工况下洞式溢洪道和泄洪洞进口流态，流量分别为2290m?/s与1160m?/s。从图中可以看出，进口水流顺畅，校核洪水位时洞式溢洪道引渠段两侧边墙存在轻微的绕流漩涡，消能防冲设计水位时，洞室溢洪道引渠段两侧边墙依旧存在轻微绕流，但比校核洪水位时更小，对溢洪道过流没有影响，堰面水流平稳，水面光滑，进口整体流态较好，水位稳定；
图4-11 校核工况（Q=2290 m?/s）泄洪洞进口流态
4.3 方案的可行性分析
4.3.1水面线对比分析
对校核洪水工况和设计洪水工况的模型试验数据与数值模拟结果进行分析得：
对于溢洪道来说，在相同桩号的条件下，校核洪水工况的数值模拟计算结果与模型试验结果相差最大值为11.2%，位于桩号X0+197.89处，相差最小值为5.73%，位于桩号X0+00.00处；设计洪水工况的的数值模拟计算结果与模型试验结果相差最大值为11.37%，位于桩号X0+246.65处，相差最小值为1.33%，位于桩号X0+34.42处；……
4.3.2 水位对比分析
对校核洪水工况的数值模拟结果进行提取分析，分析得在校核流量2290m?/s下，上游库区水位为799.68m，试验测得结果为799.85m，吻合良好，证明数值模拟结果可靠。
而所给的校核洪水位数据为800.45m，其对应的校核流量经计算为2376m?/s，大于所给校核流量2290m?/s，因此工程是安全的。因此校核工况全闸敞泄时其泄洪能力满足要求。
……
5 结论
本文通过对某水库工程高速大单宽流量泄洪系统的泄洪洞和洞式溢洪道原设计方案的模型试验、优化推荐方案的数学模型计算及模型试验研究，得到如下结论：
1、原设计方案洞式溢洪道出口挑流扩散不充分，下游水面单位面积入流量大，导致下游河床冲坑较深，小流量时，水流冲刷坡脚；泄洪洞窄缝出口水流太集中，水舌扩散不充分，未能沿纵向有效拉伸，对河床和右岸岸坡冲刷均较严重。该工程挑坎出口流速不是很高，且挑坎与下游河道水面高差相对较小，不适合采用窄缝型挑坎；
2、……
6 参考文献
[1] 张春满. 高坝新型消能工的应用[J], 安徽水利水电职业技术学院学报. 2005, (02): 1-3.
[2] 李锐, 杜治洲, 杨佳刚, 等. 中国水电开发现状及前景展望[J], 水科学与工程技术, 2019, (06): 73-78.
……
[17] Bo Z, Chen G M. Quantitative risk analysis of toxic gas release caused poisoning—A CFD and dose–response model combined approach[J]. Process Safety & Environmental Protection, 2010, 88(4): 253-262.
7 致谢
时光荏苒，岁月如梭，转眼间四年的本科生生活即将结束。在大学生涯里，我收获颇丰，这一切将成为我人生路上宝贵的回忆。
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