小型涵闸尾水拱网消能试验及应用

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1、第32卷第9期人民黄河Vo1．32．No．92010年9月YELL0WRIVERSep．，2010【水利水电工程】小型涵闸尾水拱网消能试验及应用杨天礼(长春工程学院水利与环境学院，吉林长春130012)摘要：针对渠系建筑物涵闸下游水流特点，采用一种适合于低弗劳德数消能的新型消能结构拱网消力池，通过模型试验和原型观测，研究了影响拱网水力特性的参数和拱网的消能率。工程应用结果表明，消力池中设置拱网可大大降低消力池的规模和工程费用关键词：拱网；消力池；水力特性；模型试验中图分类号：TV135文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000—

2、1379．2010．09．064在众多低水头水工建筑物中，特别是渠系涵闸下游，多采定义l／为拱网消力池所需的相对尾水深，h／h为相对用底流消能，按传统方法设计的消力池工程造价高，冲刷严重。网高比，，J／为相对网位。这3个参数与来流n是相互制约的。调查结果显示，仅吉林省各大灌区涵闸下游采用普通消力池消对于一个具体的工程来说，是一定的，因此消力池设计实际能的就有7000余处，因冲刷造成破坏者达60％以上。关于上主要是选择其他参数。低弗劳德数消能的研究已有很多成果，如T形墩、梳齿等。美2．1相对网高比的确定国垦务局研究的USBR系列消力池也适用于低弗劳

3、德数消能。经数据分析发现，h／h与n有良好的线性关系，而与相对但以往的研究多以大中型工程为重点，对小型工程特别是渠系网位L．的关系不大。用最dxZ-乘线性回归拟合得过水建筑物的消能研究较少。拱网是适用于低弗劳德数底流h／h=0．496Fr一0．44(2)消能的辅助消能工，它特别适合于小型工程尤其是渠系建筑根据系列模型试验结果，观察网前后水流流态，实际网高比满物。许多学者对拱网的水力特性、消能效率进行过模型试足下式则能保证拱网前后流态稳定且达到消能目的：验。J，但缺乏实际工程的检验。笔者基于模型试验和原型观0．496Fr一0．44≤h／h≤0．09

4、Fr(3)测，提出了确定网高和网距以及消能率的方法。2．2界限尾水深的确定拱网消力池对尾水位有两方面的要求，一是保证网前产生1模型试验布置强迫水跃，二是网后的第二次收缩也必须产生淹没式水跃。因模型试验在一长12m、宽0．4m、高0．6m的玻璃水槽中进此，定义界限尾水深如下：①使网前恰好产生临界式水跃的尾行，槽中设置一个平板闸门，模型采用不同网高和开孔率。采水深；②无论何种情况，网后第二次收缩也恰好产生临界水跃。用三角堰测量流量，水位测针测量水位，毕托管测量流速。模按照上述标准，改变、，J／，J、h／h，测量了网后临界水深，型布置见图1。经线性回归

5、拟合得到经验公式如下：h,／h=0．704—0．05Fr+0．673／厶一0．03h／h(4)2．3相对网位，J／的选择从概念上讲，．越小，对水流的阻力越大，消能作用越大，当然所需的尾水位就越低，但∥，J．太小会导致网前流态恶化，模型中观测到水流撞到网后激起的涌浪随着￡；的减小而加大。经模型试验与原型观测可知，厶可取0．4—0．5。2试验原理及观测分析2．4消能率的计算经分析，影响拱网水力特性的主要因素有收缩水深的弗劳衡量消能建筑优劣的一个重要指标就是它的消能率。影德数n、网板高度及网距，经无量纲运算得收稿日期：2O10—01—17。／h=，(F

6、r，h／h，．)(1)基金项目：内蒙古自治区水利厅“小型闸涵尾水拱网消能工推广应用”项目式中：h为尾水深；^为自由水跃的第二共轭水深；为水跃的(N50317)。作者简介：杨天礼(1966一)，男。吉林辉南人，讲师，主要从事水利工程教学及第一共轭水深(或收缩水深)；Fr为弗劳德数；h为拱网高度；，J科研工作。为拱网到收缩断面的距离；Lj为水跃长度。E—mail：ytlylK3@】26t2,or／l·l50·人民黄河2010年第9期响消能率的主要因素有n、、h／h一经对试验数据统计分析从表1、表2可知，采用拱网消flits：的工程造价比采用普通可得消

7、力池的工程造价节省30％以上，按照式(5)计算，消能率可提高25．2％。该工程于2006年底完工，目前拱网消能工运行K：66．1一面(5)J+e192i良好。3．2工程实例2叼：—____㈤O太平河水库位于吉林省梅河口市，该工程为改建工程，原式中：K为消能率；叼为回归系数。计划投资I】．0万元，采用拱网消能工后仅用0。2万元就解决了原来泄洪洞出口急流挑射和冲刷问题。泄洪洞设计泄流量3工程应用为23．96m／s，其原消flits：主要问题是泄放设计洪水时，水流3．1工程实例1在陡槽段发生挑射现象且消力池偏小，虽然挑射水舌外缘落人池内，但水跃发生在池

8、外。在洞出口平台加设拱网消能工后解孟家段干渠是西辽河灌区新建3座干渠分水枢纽之一，设决了挑射问题，同时也将水跃稳定在消力池内。计流量为4