司徒小玲

(開平市水利工程質(zhì)量管理中心，廣東 開平 529300 )

1 概 述

隨著科學技術(shù)的發(fā)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(shù)；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(shù)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(guī)律；周蘇芬[4]等以寒山水庫岸邊式溢洪道為基礎(chǔ)進行試驗研究，發(fā)現(xiàn)設(shè)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(yōu)化試驗發(fā)現(xiàn)，進水渠左右導水墻采用對稱的圓弧形曲線+直線調(diào)整段的優(yōu)化方案，可改善水流條件，提高泄流能力。

根據(jù)學者的研究成果及相關(guān)文獻，本文主要是針對建設(shè)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(tài)、流速、水位的變化情況，為類似工程建設(shè)和研究提供理論基礎(chǔ)。

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(tǒng)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(shè)置閘室，在閘室的彎道右側(cè)設(shè)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(shè)置水面流態(tài)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(guān)閉，等河道內(nèi)水流穩(wěn)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(tài)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(jù)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(tài)

由于受彎道水流的影響，水流在上游閘室左側(cè)處以螺旋式流進閘室，水流在閘室中碰撞對閘室穩(wěn)定不利。為觀察加導墻后時候水流形態(tài)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(tài)圖

由圖3可知，在導墻處發(fā)生彎曲但是曲度不大，對水流條件影響較小，流線呈穩(wěn)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(wěn)定性較好。

3.2 流 速

對于水閘的調(diào)度都與流量和流速有關(guān)，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(diào)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(wěn)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(jù)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(wěn)定有利。

4 結(jié) 論

1) 在水利工程研究領(lǐng)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(wěn)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(wěn)定有利。