導(dǎo)語(yǔ)：輸水隧洞水工模型管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1工程概況

東河水庫(kù)為除險(xiǎn)加固工程,壩址以上控制徑流面積582.8km2,總庫(kù)容4815.65萬(wàn)m3。輸水泄洪隧洞布置在左岸則隧洞軸線較長(zhǎng),且進(jìn)出口轉(zhuǎn)角較大。輸水隧洞布置于右岸,由于樞紐區(qū)地形狹窄，溢洪道尾段、輸水隧洞出口共用一個(gè)消力池。設(shè)計(jì)洪水位溢洪道下泄流量269.2m3/s,泄洪隧洞

下泄流量53.2m3/s;校核洪水位1744.41m,溢洪道下泄流量547.8m3/s,泄洪隧洞下泄流量59.9m3/s。溢洪道全長(zhǎng)333.13m,堰型為寬頂堰，凈寬3×6m，其中引渠段長(zhǎng)156.13m,控制段長(zhǎng)12m，陡槽段長(zhǎng)130m?？v坡分別為0.1、0.145。泄洪輸水隧洞全長(zhǎng)301.57m，其中有壓段為平坡，長(zhǎng)76.90m;閘室段長(zhǎng)6.5m,無(wú)壓段長(zhǎng)194.53m,坡度分別為0.02、0.266,斷面均為城門(mén)洞形,寬度2.5m,有壓段最大高度5.72米;無(wú)壓段最大高度3.22米。

2試驗(yàn)內(nèi)容

1)上游水位與溢洪道、泄洪輸水隧洞下泄流量的關(guān)系;

2)溢洪道、泄洪輸水隧洞陡槽內(nèi)水流流態(tài)研究;

3)測(cè)定溢洪道和泄洪輸水隧洞水面線、沿程壓力分布及流速分布;

4)溢洪道、泄洪輸水隧洞進(jìn)口水流流態(tài)研究及進(jìn)水渠水流流態(tài)研究;

5)底流消能及下游河床流態(tài)研究。

3模型設(shè)計(jì)

模型按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì),采用正態(tài)模型。經(jīng)計(jì)算比較模型最終選用比

尺入L=40,相應(yīng)比尺參數(shù):

流量比尺：入q=入L5/2=10119.29時(shí)間比尺：入T=入L1/2=6.32

流速比尺：入v=入L1/2=6.32糙率比尺：入n=入L1/6=1.85

4初步設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果及分析

溢洪道沿程布設(shè)15個(gè)測(cè)點(diǎn)，泄洪洞沿程布設(shè)13個(gè)測(cè)點(diǎn),以研究泄流時(shí)的壓力分布和空穴數(shù)。

空穴數(shù)k=(P+Pa-Pv)/(v2/2g)

P—?jiǎng)铀畨毫a—大氣壓力Pv—飽和蒸汽壓力

k>1.7一般不會(huì)發(fā)生氣蝕；1.7>k>0.3控制平整度

0.3>k>0.12增設(shè)通氣槽；k<0.12修改體型

4.1水位流量關(guān)系曲線

溢洪道水位～流量關(guān)系表(流量系數(shù)0.341～0.373)

序號(hào)

上游水位

泄流量

序號(hào)

上游水位

泄流量

1

1.0

27.2

10

4.23

250.3(P=2%)

2

1.5

50.1

11

4.50

274.5

3

1.98

78.6(P=20%)

12

5.0

322.0

4

2.50

111.9

13

5.50

373.9

5

3.0

148.0

14

6.0

430.0

6

3.27

168.8(P=5%)

15

6.18

451.6(P=0.2%)

7

3.50

187.6

16

6.50

489.5

8

3.85

217.1(P=3.33%)

17

6.80

526.8(P=0.1%)

9

4.0

230.0

18

7.0

551

泄洪洞水位～流量關(guān)系表

序號(hào)

上游水位

泄流量

序號(hào)

上游水位

泄流量

1

10．66

4

12.91

72.1(P=2%)

2

11．95

66．6(P=5%)

5

14.86

77.8(P=0.2%)

3

12．53

70．5(P=3.33%)

6

15.48

80.9(P=0.1%)

4.2試驗(yàn)成果小結(jié)

溢洪道通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí),引水渠內(nèi)水流流態(tài)較為平順,閘前水流流速水頭較小，過(guò)堰水流在閘墩前即開(kāi)始加速，通過(guò)閘墩時(shí)流速進(jìn)一步增大,速度梯度變化較大,過(guò)閘后的水流形成明顯的沖擊波;加速后的水流在閘墩尾部已脫離邊界,水流在墩尾形成“V”形空腔;閘門(mén)門(mén)槽處水流流態(tài)基本正常,溢洪道出口水流明顯受到頂托,消力池消能效果較差,下游河道水流流態(tài)紊亂。泄洪洞通過(guò)設(shè)計(jì)流量時(shí),過(guò)閘后的水流由于流速較大,已形成摻氣水流,并且在縱坡i=0.02陡槽段沿程水深逐漸增加,局部地段水深接近無(wú)壓隧洞頂部；檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)門(mén)槽處水流流態(tài)均不理想(出現(xiàn)摻氣旋渦);泄洪隧洞出口處水流受到明顯頂托,消力池消能效果較差。

溢洪道通過(guò)校核流量時(shí),閘前水流較為平順,閘后水流流態(tài)進(jìn)一步惡化,閘墩尾部水流銜接較差(產(chǎn)生明顯的“V”形空腔);閘門(mén)門(mén)槽處水流流態(tài)較好;溢洪道出口水流明顯受到頂托,消力池消能效果極差,下游河道水流流態(tài)極為紊亂。泄洪洞通過(guò)校核流量時(shí),過(guò)閘后的水流由于流速較大,已形成明顯的摻氣水流，并且在縱坡i=0.02陡槽段沿程水深逐漸增加,局部地段水深已達(dá)無(wú)壓隧洞頂部(出現(xiàn)明、滿(mǎn)流交替現(xiàn)象);檢修閘門(mén)和工作閘門(mén)門(mén)槽處水流流態(tài)極不理想(出現(xiàn)明顯氣泡);泄洪隧洞出口處水流受到明顯頂托,消力池消能效果極差。溢洪道和泄洪洞出口處，由于受到消力池左側(cè)回流的影響，水深均超過(guò)了設(shè)計(jì)邊墻高度，并直接導(dǎo)致消力池消能效果極不理想。

4.3原設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果分析

1)溢洪道通過(guò)不同頻率流量下的庫(kù)水位模型實(shí)測(cè)值均小于理論計(jì)算值,表明溢洪道的泄流能力能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;但泄洪洞在不同頻率庫(kù)水位下,流量的模型實(shí)測(cè)值均大于理論計(jì)算值，洞內(nèi)水流出現(xiàn)明、滿(mǎn)流交替現(xiàn)象,表明泄洪洞的泄流能力已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)流能力，泄洪洞無(wú)壓段斷面不足。

2)溢洪道泄槽內(nèi)水流在設(shè)計(jì)流量下和校核流量下雖然均產(chǎn)生沖擊波，但對(duì)水流下泄影響不大。此外,無(wú)論是設(shè)計(jì)流量,還是校核流量，水流在閘墩尾部產(chǎn)生“V”型空腔,分析其主要原因,在于水流在閘墩范圍內(nèi)速度梯度變化過(guò)大,閘墩尾部體型不太合理,致使水流脫離邊界。泄洪洞通過(guò)不同頻率的流量時(shí),均出現(xiàn)無(wú)壓段水深沿程增加的現(xiàn)象。

3)消力池對(duì)下泄水流的約束能力太差,在不同頻率流量下，進(jìn)入消力池的水流均躍出消力池尾坎,直沖對(duì)岸(大流量時(shí)，翻越河道邊墻)，消力池消能效果極不理想,同時(shí)下游河道水流極為紊亂,平面上呈“Z”形大幅擺動(dòng),水深沿河道橫斷面分布極不均勻。

4)溢洪道進(jìn)水渠水流流態(tài)較為平順。

5）隧洞是否泄洪消力池水深及流態(tài)變化不大。

5修改方案試驗(yàn)成果及分析

5.1改進(jìn)措施

根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行如下修改：

1）將原設(shè)計(jì)中出口閘墩下游端體型由圓形改為橢圓曲線；

2）消力池底板高程由1720.162m降至1619.162m,消力池深度由3.838m加深至4.838m。為確保消力池不受左側(cè)回流影響,增加左側(cè)邊墻;

3)上階段設(shè)計(jì)由于擔(dān)心泄洪輸水隧洞進(jìn)出口受溢洪道泄洪的影響流量系數(shù)取值偏小,導(dǎo)致泄洪洞在500年一遇以上洪水位（隧洞下泄流量77.8m3/s）時(shí)0+135—0+194.14出現(xiàn)明、滿(mǎn)流交替現(xiàn)象。因隧洞超泄能力小,加之泄水建筑物泄流量已滿(mǎn)足大壩防洪要求,故水庫(kù)在高水位運(yùn)行(大于1742.28m)泄洪洞應(yīng)限制開(kāi)度運(yùn)行,此時(shí)閘門(mén)最大開(kāi)度為2m(孔口2.5×2.5m)。

5.2試驗(yàn)成果小結(jié)

1)溢洪道通過(guò)不同頻率流量下的庫(kù)水位模型實(shí)測(cè)值均略小于理論計(jì)算值，表明溢洪道的泄流能力能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；

2)溢洪道泄槽內(nèi)水流在設(shè)計(jì)流量下和校核流量下雖然均產(chǎn)生沖擊波，但對(duì)水流下泄影響不大。

3）原設(shè)計(jì)水流在溢洪道閘墩尾部出現(xiàn)水流脫離邊界現(xiàn)象,并產(chǎn)生“V”形空腔,分析其主要原因,在于水流在閘墩范圍內(nèi)流速梯度變化過(guò)大，閘墩尾部體型不太合理。經(jīng)修改閘墩體型后“V”形空腔基本消失。

4)在不同頻率流量下，修改后的消力池消能效果較好，經(jīng)消力池下泄的水流均比較平順；隧洞泄洪對(duì)消力池流態(tài)及水深影響不大；消力池后下游河道水流較為平順，水深沿河道橫斷面分布比較均勻。

5)溢洪道進(jìn)水渠水流流態(tài)較為平順；進(jìn)口水流流態(tài)對(duì)上游壩腳無(wú)不利影響。

修改后溢洪道水力要素表（P=0.1%,Q=526.8m3/s）

測(cè)點(diǎn)

編號(hào)

里程

（m）

水深

（m）

壓力

（m）

流速

（m）

Fr

（m）

摻氣

水深

空穴數(shù)

1

0-156.36

9.00

8.88

0.7

0.07

9.0

684

2

0+000

6.42

5.76

3.97

0.5

6.43

17.4

3

0+004.5

4.89

4.76

5.53

0.8

4.91

8.31

4

0+11.60

3.36

3.08

8.68

1.51

3.41

2.93

5

0+012.40

2.86

3.0

8.95

1.69

2.91

2.74

6

0+041.60

3.49

2.96

10.16

1.74

3.57

2.73

7

0+042.4

3.50

2.88

10.18

1.74

3.58

2.10

8

0+072.0

2.75

2.48

12.96

2.50

2.87

1.25

9

0+102.0

2.40

2.0

14.89

3.07

2.55

0.9

10

0+141.60

2.68

6.68

13.33

2.60

2.80

1.32

11

0+142.40

3.88

14.50

1.13

12

0+148.10

4.0

14.17

13

0+153.80

2.96

13.08

14

0+159.50

5.32

11.69

15

0+176.60

11.9

5.53

修改后泄洪洞水力要素表（P=0.1%,Q=61.8m3/s）

測(cè)點(diǎn)

編號(hào)

里程

（m）

水深

（m）

壓力

（m）

流速

（m）

Fr

（m）

摻氣

水深

空穴數(shù)

7

0+000.8

1.51

1.72

16.17

4.2

1.80

0.74

8

0+045.0

2.07

1.56

11.79

2.62

2.26

1.38

9

0+090.0

2.15

1.88

11.38

2.48

2.33

1.53

10

0+135.0

2.45

2.08

9.86

2.01

2.60

2.07

11

0+168.3

2.31

2.2

10.59

2.22

2.47

1.82

12

0+179.1

2.21

1.32

11.06

2.38

2.38

1.53

13

0+194.14

3.42

6.52

7.14

1.23

3.52

5.67

溢洪道流量系數(shù)0.341～0.373之間;泄洪洞(閘門(mén)開(kāi)度2.0m)流量系數(shù)0.665～0.706之間。

6結(jié)語(yǔ)

1）東河水庫(kù)通過(guò)模型試驗(yàn)較好地得出了溢洪道、泄洪洞水位流量關(guān)系曲線，為今后水庫(kù)運(yùn)行制定調(diào)度計(jì)劃提供了依據(jù)；

2）通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)原設(shè)計(jì)不合理之處進(jìn)行了修改，為下階段工程設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)；

3）溢洪道、泄洪輸水隧洞進(jìn)出口均交叉，原設(shè)計(jì)過(guò)程中擔(dān)心泄洪時(shí)會(huì)相互影響，從而降低泄洪建筑物泄流能力；兩建筑物共用一個(gè)消力池，消力池體型為“五”邊形，消力池消能效果較差。通過(guò)模型試驗(yàn)徹底打消了設(shè)計(jì)人員的疑慮，為今后在狹窄河谷修建水工建筑物提供了很好的實(shí)例；

4）水工模型試驗(yàn)雖能反映一定的實(shí)際，但今后工程完工投入運(yùn)行后應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，并對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行修改，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)為類(lèi)似工程服務(wù)。