汉江王甫洲泄水闸水流型态观测

汉江王甫洲泄水闸水流型态观测

戴青

湖北汉江王甫洲水力发电有限责任公司，湖北 老河口 441800

摘要：汉江王甫洲工程泄水闸水力学原型观测成果表明：泄水闸在5年一遇流量条件下，上下游主流区能形成较好的平面流态，水流平顺，其流速、水跃长度等均在设计范围内，为泄水闸闸门控制提供依据。

关键词：泄水闸 水流型态观测 流速 流态

1. 概述

王甫洲水利枢纽泄水闸包括进水渠、防冲板、上游左、右导墙、闸室、门库、下游左、右导墙、护坦、海漫、出水渠、左岸护坡等。位于主河床左岸滩地上，轴线长413m,共设23个泄水闸孔,23孔最大泄量22000m3/s,设计泄流量18070m3/s,泄水闸中心线偏离主河床较远，泄水闸泄洪改变了天然河势主流的流向，造成下游流态较复杂。鉴于泄水闸出水渠已按设计断面开挖到位，并对应于11#、12#、13#闸孔、顺下游左岸护岸开挖了鉴于泄水闸出水渠已按设计断面开挖到位，并对应于11#、12#、13#闸孔、顺下游左岸护岸开挖了一条50m宽、高程为78.00m的水流引导槽。

2.水流型态观测

2.1流态

汉江王甫洲水利枢纽泄水闸汛期5年一遇流量进行了水力学观测,其观测条件如下:例观测条件上游水位(m)86.32；下游水位84.86；泄洪流量(m3/s)10662；闸孔闸门运行状态，1#~8#开启6.86m,9#10#开启7.20m,13#14#开启7.19m,15#开启7.28m,16#17#开启7.78m,18#~23#闸孔关闭。例：观测条件，上游水位86.32m,下游水位84.86m,泄洪流量10662m3/s,1#~8#开启6.86m,9#10#开启7.20m,13#14#开启7.19m,15#开启7.28m,16#17#开启7.78m,18#~23#闸孔关闭.

当右侧闸孔平均开启6.86m时, 泄水闸为闸孔出流, 水跃紧接门后, 在门后3m～4m范围内回转, 门后4m以后, 水流较紊乱, 漩滚充分, 水面波动较大, 并拌有泡漩;其中1^#～4^#闸闸孔出流在导墙内略向左偏，流出导墙后向右偏转。当1^#闸孔开启时，向右偏转角为15～20°，当1^#闸孔关闭时，向右偏转角约为10°；在右导墙下游X_z-100m断面，导墙右侧10m有一较强的回流区。中部闸孔出流顺向下游，流向顺直。17^#闸孔水流出孔闸墩后向左侧扩散，并且在左侧形成较大范围的回流区，在左导墙直段末，回水水流较强，22^#-23^#闸孔后出现局部泡漩。在右岸主河床土石坝后存在大范围的回流区，但回流强度较弱。

当开启3～16^#闸和23^#闸，16^#闸孔以右主泄洪区流态没有明显的变化，23^#闸孔出流沿左侧岸边线流动，在导墙末端水流沿程不断向右扩散，与16#闸孔出流沿程向左扩散的水流交汇于己于人9^#-20^#坝段下游，并汇聚成较强回水带，回水主流不稳定，沿程呈“S”型左右摆动。在下游左导墙后, 因左岸边界的变化有一折冲跌水, 强度约1m左右。

2.2水跃长度

水跃是水流从急流到缓流水面发生突然跃起的现象, 主要目的是消除泄水建筑物下泄急流中巨大动能. 由于水跃区的水流紊动强烈, 水跃的位置尺寸也剧烈颤动, 观测必须结合现场的实际情况, 采用合理的判别标准. 王甫洲工程水跃长度的计算, 主要根据闸门开度计算断面的水深, 把收缩断面的水深当作跃前水深, 跃后水深根据观测资料确定, 由表中公式计算, 主要观测成果如表:

从表中看出: 在所观测条件下, 三个泄洪闸孔的水跃长度在17.3m～22.1m, 均在设计允许运行范围内.

2.3下游流速观测

2.3.1表面流速观测

表面流速的观测采用抛投浮标, 秒表计时, 在建筑物上量取一段距离进行观测, 此次观测重点对23号闸门开度为4.13m和敞泄时下游的表面流速变化情况, 其观测成果见表:

下游0-15.00m和0-25.00m断面处在闸孔水跃范围内, 水流在此翻滚, 其表面流速观测值明显小于敞泄流速. 当敞泄时23号闸室内的表面流速观测值为4m/s, 在1号闸右导墙0+10.5m处的表面流速为2.82m/s.

2.3.2底部流速观测

底部流速观测是利用施工期埋设在泄洪闸底板上底部流速仪, 利用电缆连接至观测房, 接二次仪表进行观测，其成果表明: 观测的最大底部流速为4.86m/s, 单个闸孔顺流方向流速以V1~V4测点呈递减趋势, 在相同开度条件下, 同一桩号的断面中孔的流速大于边孔流速,23号闸孔, 当闸门开启4.13m时, 为闸孔出流时, 闸室内测点的流速大于敞泄时的流速, 但在闸室外开启4.13m其流速调整递减幅度大于敞泄.

实测成果表:

3. 结语

（1）从流态观测结果看：泄水闸渲泄10000m3/s时, 下游水流为淹没出流, 闸下主流区水流平顺, 形成了较好的平面流态形式, 右侧水流在出下游右导墙后, 水流偏右形成一大范围的回流区, 一直发展到主河床的坡脚处.

(2) 本次观测的三个泄洪闸孔的水跃长度在17.3m～22.1m, 均在设计允许运行范围内.

(3) 观测的最大底部流速为4.86m/s, 发生在闸室内, 最大表速5.23m/s, 在0-35.00m断面, 底部流速单个闸孔顺流方向流速以V1~V4测点呈递减趋势, 消力池末端的最大流速为2.32m/s, 对消力池后齿槽没有明显影响.

戴青（1975-），男，技师，湖北汉江王甫洲水力发电有限责任公司，从事大坝安全监测工作。

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