導墻對彎形河道中閘室水流條件變化的研究

司徒小玲

(開平市水利工程質量管理中心，廣東 開平 529300 )

1 概 述

隨著科學技術的發展，我國在各個流域都建有大大小小的水閘。但是由于地理位置和地形的影響，避免不了閘室修建在彎形河道中，彎形河道對閘室的水流特性有著重要的影響。為改變彎形河道水流對閘室的水流影響，眾多學者在彎形河道閘室上游建立導墻、丁壩等一系列措施，減緩彎道對閘室水流特性的影響。如許光祥[1]等對多級流量和丁壩束窄度組合試驗的測試，給出估算上游壅水長度的簡單公式，為丁壩對河道水位影響提供了重要參數；李志勤[2]等通過對溢流丁壩附近自由水面的實驗研究與數值模擬研究，得到頂壩附近自由水面的水流條件及影響因素；許百強[3]等通過對長江上游丁壩水面線分布情況進行試驗研究，得到透水丁壩水面線的基本分布規律；周蘇芬[4]等以寒山水庫岸邊式溢洪道為基礎進行試驗研究，發現設置進水渠導墻體對水流條件有改善作用；陳斌[5]通過對四方井水庫溢洪道進水渠導墻進行優化試驗發現，進水渠左右導水墻采用對稱的圓弧形曲線+直線調整段的優化方案，可改善水流條件，提高泄流能力。

根據學者的研究成果及相關文獻，本文主要是針對建設導墻的方式對改變閘室水流條件的影響進行研究。通過試驗得到閘室加導墻后的水流流態、流速、水位的變化情況，為類似工程建設和研究提供理論基礎。

2 試驗建立

2.1 模型建立

本文主要以水利工程中雷諾相似原理按1∶50建立模型，模型河道概化為傳統的梯形斷面形式，河道底寬0.5 m，河道上部寬1.1 m，河高0.4 m，河道總長15 m，在河道7～8 m河段處設置閘室，在閘室的彎道右側設置導墻進行試驗。在河道上下游均勻共布置10個流速、水位測點，同時設置水面流態觀察攝像機，具體見圖1和圖2。

圖1 試驗彎道斷面圖

圖2 試驗彎道布置圖

2.2 試驗條件及測量

試驗時，將上游河道充滿且閘門關閉，等河道內水流穩定時將閘門打開，進行試驗觀測。水位測量:全程用高清攝像機拍攝試驗整體河道水面的流場動態及水位波動情況。流速測量:流速測量分為試驗斷面流速，試驗斷面流速根據水文學三點法，用旋漿式流速儀多次測量取其平均值。

3 加導墻前后水流條件

3.1 流 態

由于受彎道水流的影響，水流在上游閘室左側處以螺旋式流進閘室，水流在閘室中碰撞對閘室穩定不利。為觀察加導墻后時候水流形態的變化，本文通過給定相同流量及初始條件下進行試驗觀察，具體見圖3。

圖3 加導墻后流態圖

由圖3可知，在導墻處發生彎曲但是曲度不大，對水流條件影響較小，流線呈穩定的曲線向下流動進入閘室，整個水面線比較平緩，可見加導墻后的水流整體穩定性較好。

3.2 流 速

對于水閘的調度都與流量和流速有關，為研究加導墻后閘室前后的流速變化情況，本文還通過測量河道上下游10個測點的平均流速情況，具體見圖4。

圖4 流速

由圖4可知，由于受到彎曲河道的影響，流速在閘室處前后波動較明顯，波動范圍為5～5.8 m/s,加導墻后流速波動范圍為5～5.4 m/s,并且加導墻后流速波動的幅度變緩。

3.3 水 位

閘室調度的好壞直接影響上下游的水位變化情況，同時對水流的穩定及對下游沖刷有著直接的影響。為此本文還觀察了沿程水位的變化情況，主要測量河道斷面的水位特征點，根據特征點繪圖，具體見圖5。

圖5 水位波動

由圖5可知，在彎曲型河道的閘室水位波動有所增加，水位在閘室處前后波動幅度增加，波動范圍為0.34～0.36 m ,加導墻后水位波動范圍為0.34～0.358 m,相對加導墻后水位波動較緩，尤其在水位上升變緩慢，對閘室過流能力和穩定有利。

4 結 論

1) 在水利工程研究領域中，加導墻的方式可以改變閘室及其上下游的水利條件的變化。

2) 加導墻進行試驗時，流線呈穩定的曲線向下流動進入閘室，整個水面線比較平緩；流速波動范圍為5～5.4 m/s,且流速波動的幅度變緩；加導墻后水位波動范圍為0.34～0.358,相對加導墻后水位波動較緩，尤其是水位上升變緩慢，這對閘室過流和穩定有利。