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水口水電站水位治理工程研究的論文
模型概況
根據工程的規模與試驗的特點，確定模型比尺采用100L的正態模型，模型設計按重力相似準則設計。模型各項比尺要素為：流速比尺10，流量比尺100000Q，時間比尺10t，河床糙率比尺10n。通過驗證試驗對河道糙率進行適當調整，使得模型達到了阻力相似的要求。
原方案上引航道通航水流條件
試驗觀測了1530～16900m3/s共6級流量下的上引航道的水流流速及流態情況，在小流量時水流條件較好，基本滿足安全通航的要求，但隨流量增大，水流條件變差，船舶通航安全難以保證。當流量較小時（Q=1530m3/s），壩前水位與工程未實施相比壅高較多，上引航道內及口門區水流平穩、流速小，通航及停泊水流條件均較好。但由于靠船墩和調順段均無隔流建筑物，隨著上游來流量增大，越來越多的水流由引航道內從停泊段和調順段流入河道，在引航道內出現了較強的斜向流。在Q=2550m3/s時，調順段水流條件指標已超出規范要求，隨流量的增大其水流條件進一步變差。另外，航道內有一部分水流透過靠船墩之間的空隙流出航道，流量較大時，在停泊段局部區域出現明顯漩渦水流，其范圍隨流量增大而增大，特別是左側停泊段，停泊條件很差。當水口下泄流量Q≥7000m3/s時流速指標也超出了規范要求。由試驗結果看出，原布置方案中存在的主要問題是：調順段及停泊段的通航水流條件差。由于沒有隔流墻的阻擋，進入航道的水流直接從調順段斜向流出，在調順段產生了較大的縱橫流和回流，造成調順段通航水流條件惡劣，即使在較小流量下，其最大縱橫向流速依然超出規范要求。另外相當一部分水流從靠船墩的間隙中流出，在停泊段產生了較大的橫流，又由于靠船墩的擾流作用，使得左側靠船墩附近區域在稍大流量時，水流流態紊亂、停泊條件差。
優化方案Ⅰ上引航道試驗研究
1優化方案Ⅰ上引航道布置
原設計方案中上引航道通航的主要限制條件是調順段水流條件和停泊段的停泊條件，為此優化方案Ⅰ在調順段增設隔流墻、在停泊段的靠船墩上懸掛隔流板，消除河道水流對引航道內通航的影響。為了減小引航道口門區橫向流速，靠船墩間的隔流板底端距河底保留一定距離，形成透水孔洞，根據理論分析計算，布設了9個透水孔，為使引航道內水流平穩漸進變化，沿水流方向透水孔高度逐漸降低（圖2）。
2優化方案Ⅰ的上引航道通航水流條件
對通航建筑實施優化后，河道的水流波動與流速大小不再影響引航道內的通航水流條件；隔流板底部設置透水孔后，既能減少通航建筑物對水流的頂托、降低口門區橫向流速[7]，同時流入引航道內的水流由隔流板底部的透水孔流向河道，又能減少水流對表面流態的不利影響，可有效的改善引航道內的停泊條件。通過模型試驗看出，對引航道建筑物設計實施優化后，上引航道內及口門區的流速、流態在相同流量下較原方案有了明顯改善。在流量較小時，上引航道內及口門區水流平穩，調順段基本為靜水。隨著流量的增大，調順段并未受較大影響，仍保持了較好的通航水流條件。各級典型流量下，調順段水流條件均滿足通航要求。停泊段獨立靠船墩之間采取增加隔流板的工程措施后，航道內的水流透過靠船墩間的底孔流入河道，相比原方案，通過停泊段流出引航道的水流大幅降低，引航道內的縱橫流速也隨之減小。同時大大消除了靠船墩附近的不良流態，改善引航道的停泊條件，有效地提升通航建筑物的最大通航流量。由表1可以看出，優化方案Ⅰ調順段水流條件能滿足通航要求，引航道內的停泊段停泊條件亦得到改善，但水口電站下泄流量Q>10000m3/s后，僅內側（岸側）引航道的停泊條件滿足要求，而且口門區水流條件也較差。若要保證通航建筑物在最大通航流量Q=16900m3/s時滿足安全通航要求，需采取進一步的工程優化措施來改善停泊段及口門區的水流條件。
優化方案Ⅱ上引航道試驗研究
1優化方案Ⅱ上游引航道布置
為改善引航道內的水流條件，優化方案Ⅱ將隔流掛板從靠船墩前端向上游延長215m、透水孔設置位置亦上移同樣的距離，透水孔的大小與變化規律同優化方案Ⅰ，為降低大流量下口門區橫向流速的大小，延長段隔流掛板的頂高程降低3m，由17.00m降至14.00m，船閘上引航道其余布置同優化方案Ⅰ（圖3）。
2優化方案Ⅱ上游引航道水流條件
模型試驗顯示，引航道隔流掛板向上游延伸后，引航道內的靜水范圍亦向上游推移約200m，引航道內水流流態更加平穩，在來流量Q≤16900m3/s下，引航道內的全部靠船泊位的水流條件均滿足規范要求。由于隔流建筑物延伸段高程由17.00m降低至14.00m，當來流量Q>10000m3/s后，部分來流量開始由隔流建筑物頂部溢出流入河道，即可增加引航道口門段流量，又可減弱通航建筑物對水流的頂托、阻擾作用，降低橫向流速，改善水流流態。同時進入引航道內的水流全部由延伸段隔流掛板的底部透水孔和板頂缺口溢出，停泊段內除受上游段水流運動慣性影響存在回流外，水面基本靜止，水流條件滿足正常停泊要求，具體數據見表2。
結語
1）無閘溢流壩上游引航道水流條件較差，來流量對安全通航影響明顯，若采用獨立靠船墩結構，停泊條件難于滿足規范要求；同時，在調順段外側（河道側）需要設置隔流建筑物將引航道與河流隔開，否則調順段的水流紊亂、流態差、縱橫流速大，當上游來流量Q>7000m3/s后其水流條件不符合安全通航要求。2）通過調順段增設隔流墻和靠船墩上掛隔流板，可使引航道調順段與河道主流之間隔開，減少水流進入引航道，降低其縱橫流速，改善停泊條件，有利于船舶安全停泊。設置于隔流掛板底部的透水孔，能夠弱化通航建筑物對來流的阻礙作用，減小口門區橫流流速，增強船舶進出閘的安全性，優化方案Ⅰ實施后可抬高最大通航流量至Q=10000m3/s。筆者在靠船墩上掛隔流板的方法，不僅能有效地改善引航道的通航條件，而且造價低廉，施工簡單高效，在同類工程具有廣泛的應用前景。3）延長上游引航道隔流板（墻）是改善無閘溢流壩上游引航道停泊水流條件的有效方法，通過延長隔流板，可使停泊段遠離口門區，受來流慣性作用的水流也很難到達此處，明顯地改善了停泊水流條件。降低口門區段隔流板高度的方法，即可增加引航道口門段流量，又可減弱通航建筑物對水流的頂托、阻擾作用，降低橫向流速，改善水流流態，通過優化原設計方案后，壩下水位治理工程上游引航道的安全通航流量可提高至Q=16900m3/s，滿足了該河段的通航要求。
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