【摘要】：低水頭水閘下游消能屬于低弗勞德數(shù)水躍消能,容易發(fā)生波狀水躍、消能不充分等消能問題,尤其在海潮影響下,水位變幅大,消能問題更加突出。為此,結(jié)合晉江濱海新區(qū)填海造地工程~#1水閘模型試驗,針對原設(shè)計一級消力池容易形成波狀水躍和消能率低的問題,提出了二級消力池的消能結(jié)構(gòu),并對消力池池長、池深、尾坎高程和輔助消能措施進(jìn)行了綜合優(yōu)化。結(jié)果表明,優(yōu)化后的二級消力池消能結(jié)構(gòu),改善了水流流態(tài),提高了消能率,研究結(jié)果可為類似工程借鑒參考。
【圖文】：

２ｍ×６．５ｍ（寬×高），閘室底板高程－３．００ｍ。水閘上游內(nèi)河設(shè)計常水位為１．５０ｍ，２０年一遇設(shè)計洪水位３．３５ｍ，１００年一遇設(shè)計洪水位３．８７ｍ，水閘下游外海１００年一遇設(shè)計潮位４．６３ｍ。正常運用情況下，確保上游１．５０ｍ的設(shè)計常水位，當(dāng)遭遇大潮時關(guān)閉閘門擋潮；當(dāng)大洪水和大潮同時出現(xiàn)潮位高于洪水位時關(guān)閉閘門，啟用滯洪區(qū)；當(dāng)潮位低于洪水位時開啟閘門泄洪。水閘設(shè)計排洪最大過閘流量為７３５ｍ３／ｓ。水閘整體布置示意圖見圖１。圖１水閘布置示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｌｕｉｃｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ當(dāng)水閘下游受海潮影響時，下游水位會出現(xiàn)較大變動，使出閘水流從自由流到淹沒流，從急流到緩流均有可能發(fā)生，導(dǎo)致水流更加復(fù)雜，從而對消能設(shè)施也提出了更高的要求［１～３］。目前對多級消力池消能結(jié)構(gòu)的設(shè)計尚無相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，消能結(jié)構(gòu)的選用和優(yōu)化設(shè)計，只能通過模型試驗加以研究和優(yōu)化確定［４，５］。為此，本文根據(jù)晉江濱海新區(qū)填海造地工程＃１水閘排洪工況的水流特點和消能防沖要求，針對原設(shè)計一級消力池容易波狀水躍和消能率低的問題，通過對＃１水閘模型外海消能結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次優(yōu)化試驗，提出水閘在海潮影響下消能問題的解決方案和消能結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，研究結(jié)果可供類似工程借鑒參考。２試驗設(shè)計、量測方法及一級消力池方案（１）試驗設(shè)計。試驗采用水閘整體物理模型方法，模型按重力相似定律設(shè)計，模型幾何比尺為１∶３０，流量比尺為１∶４９２９．５，速度比尺為１∶５．４７７。水閘縱軸線左右各�。保叮埃�，此外取壩址上游３００ｍ

５．０－６．３－４．０二級消力池加深試驗４２５．０－５．３－４．０５０．０－６．３－４．０二級池消力加深加長試驗５２５．０－５．３不等２５．０－５．３不等尾坎高程組合優(yōu)化試驗６２５．０－５．３－４．０２５．０－５．３－４．８輔助消能措施優(yōu)化為－４．００ｍ。設(shè)置二級消力池后，二次水躍產(chǎn)生于第二級消力池內(nèi)，但消力池下游在工況１、２、３下仍產(chǎn)生明顯的波狀水躍。并測得二級消力池尾坎處流速依然很大，在５ｍ／ｓ左右。工況２外海側(cè)水流流態(tài)見圖３。圖３初設(shè)二級消力池試驗下水流流態(tài)Ｆｉｇ．３Ｗａｔｅｒｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄｌｅｖｅｌｓｔｉｌｌｉｎｇｐｏｏｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎ根據(jù)圖３，并結(jié)合現(xiàn)有理論研究成果和工程經(jīng)驗，初步判斷為消力池池深或池長不夠或尾坎高程不合理。３．２．２二級消力池加深試驗根據(jù)初設(shè)二級消力池試驗結(jié)果，將二級消力池底高程加深至－６．３ｍ，池長和尾坎高不變。在工況１、２、３下二級消力池內(nèi)水流均產(chǎn)生穩(wěn)定的水躍。二級消力池末端最大流速在３ｍ／ｓ上下，防沖槽平均流速２．０～２．５ｍ／ｓ，二級消力池取得了較好的消能效果，但出池流態(tài)較差，需進(jìn)一步優(yōu)化。在工況２下，其垂向流速分布見圖４。３．２．３二級消力池加深加長試驗根據(jù)二級消力池加深試驗結(jié)果，將二級消力池底高程加深至－６．３ｍ，長度加長至５０ｍ。工況１、２、３下，二次水躍發(fā)生在第二級消力池內(nèi)，，二級消力池內(nèi)近底流速在２ｍ／ｓ上下，但在工況２下，二級消力池出池流速仍較大，最大流速達(dá)４．３ｍ
【作者單位】： 南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室;河海大學(xué)水利水電學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目(5167090977)
【分類號】：TV653

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本文編號：2535824