导墙对弯形河道中闸室水流条件变化的研究

司徒小玲

(开平市水利工程质量管理中心，广东 开平 529300 )

1 概 述

随着科学技术的发展，我国在各个流域都建有大大小小的水闸。但是由于地理位置和地形的影响，避免不了闸室修建在弯形河道中，弯形河道对闸室的水流特性有着重要的影响。为改变弯形河道水流对闸室的水流影响，众多学者在弯形河道闸室上游建立导墙、丁坝等一系列措施，减缓弯道对闸室水流特性的影响。如许光祥[1]等对多级流量和丁坝束窄度组合试验的测试，给出估算上游壅水长度的简单公式，为丁坝对河道水位影响提供了重要参数；李志勤[2]等通过对溢流丁坝附近自由水面的实验研究与数值模拟研究，得到顶坝附近自由水面的水流条件及影响因素；许百强[3]等通过对长江上游丁坝水面线分布情况进行试验研究，得到透水丁坝水面线的基本分布规律；周苏芬[4]等以寒山水库岸边式溢洪道为基础进行试验研究，发现设置进水渠导墙体对水流条件有改善作用；陈斌[5]通过对四方井水库溢洪道进水渠导墙进行优化试验发现，进水渠左右导水墙采用对称的圆弧形曲线+直线调整段的优化方案，可改善水流条件，提高泄流能力。

根据学者的研究成果及相关文献，本文主要是针对建设导墙的方式对改变闸室水流条件的影响进行研究。通过试验得到闸室加导墙后的水流流态、流速、水位的变化情况，为类似工程建设和研究提供理论基础。

2 试验建立

2.1 模型建立

本文主要以水利工程中雷诺相似原理按1∶50建立模型，模型河道概化为传统的梯形断面形式，河道底宽0.5 m，河道上部宽1.1 m，河高0.4 m，河道总长15 m，在河道7～8 m河段处设置闸室，在闸室的弯道右侧设置导墙进行试验。在河道上下游均匀共布置10个流速、水位测点，同时设置水面流态观察摄像机，具体见图1和图2。

图1 试验弯道断面图

图2 试验弯道布置图

2.2 试验条件及测量

试验时，将上游河道充满且闸门关闭，等河道内水流稳定时将闸门打开，进行试验观测。水位测量:全程用高清摄像机拍摄试验整体河道水面的流场动态及水位波动情况。流速测量:流速测量分为试验断面流速，试验断面流速根据水文学三点法，用旋浆式流速仪多次测量取其平均值。

3 加导墙前后水流条件

3.1 流 态

由于受弯道水流的影响，水流在上游闸室左侧处以螺旋式流进闸室，水流在闸室中碰撞对闸室稳定不利。为观察加导墙后时候水流形态的变化，本文通过给定相同流量及初始条件下进行试验观察，具体见图3。

图3 加导墙后流态图

由图3可知，在导墙处发生弯曲但是曲度不大，对水流条件影响较小，流线呈稳定的曲线向下流动进入闸室，整个水面线比较平缓，可见加导墙后的水流整体稳定性较好。

3.2 流 速

对于水闸的调度都与流量和流速有关，为研究加导墙后闸室前后的流速变化情况，本文还通过测量河道上下游10个测点的平均流速情况，具体见图4。

图4 流速

由图4可知，由于受到弯曲河道的影响，流速在闸室处前后波动较明显，波动范围为5～5.8 m/s,加导墙后流速波动范围为5～5.4 m/s,并且加导墙后流速波动的幅度变缓。

3.3 水 位

闸室调度的好坏直接影响上下游的水位变化情况，同时对水流的稳定及对下游冲刷有着直接的影响。为此本文还观察了沿程水位的变化情况，主要测量河道断面的水位特征点，根据特征点绘图，具体见图5。

图5 水位波动

由图5可知，在弯曲型河道的闸室水位波动有所增加，水位在闸室处前后波动幅度增加，波动范围为0.34～0.36 m ,加导墙后水位波动范围为0.34～0.358 m,相对加导墙后水位波动较缓，尤其在水位上升变缓慢，对闸室过流能力和稳定有利。

4 结 论

1) 在水利工程研究领域中，加导墙的方式可以改变闸室及其上下游的水利条件的变化。

2) 加导墙进行试验时，流线呈稳定的曲线向下流动进入闸室，整个水面线比较平缓；流速波动范围为5～5.4 m/s,且流速波动的幅度变缓；加导墙后水位波动范围为0.34～0.358,相对加导墙后水位波动较缓，尤其是水位上升变缓慢，这对闸室过流和稳定有利。