曲阜紅旗閘水工模型試驗研究

1、曲阜紅旗閘水工模型試驗研究摘要：為了驗證曲阜紅旗閘除險加固工程水閘設(shè)計方案的合理性，根據(jù)重力相似準(zhǔn)那么，采用比尺1：80的正態(tài)模型，針對不同工況下的水流條件，對水閘的泄流才能、水流流態(tài)以及消能防沖性能等進(jìn)展水工模型試驗。試驗結(jié)果說明各項水力特性良好，設(shè)計的閘軸線布置及上下游、進(jìn)出口布置適宜，滿足工程實際的需要。此水工模型試驗結(jié)果為工程決策提供了科學(xué)根據(jù)。關(guān)鍵詞：水閘；水工模型試驗；流態(tài)；消能中圖分類號：TV 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A引言水工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：在水利工程設(shè)計中大型工程、水力條件較復(fù)雜的中型工程應(yīng)進(jìn)展水工模型試驗，以論證其設(shè)計的合理性。設(shè)計中所采用的理論和方法很多是在多年工程理論中探究和總結(jié)出

2、的半經(jīng)歷或經(jīng)歷公式，存在一定的局限性，必須通過物理模型試驗來驗證、修正。通過建立工程物理模型，針對試驗過程中出現(xiàn)的問題，提出改進(jìn)意見及措施，使其滿足工程平安運(yùn)行要求，并提出相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計方案。1、工程概況2、模型試驗內(nèi)容及目的根據(jù)設(shè)計確定的閘軸線、閘底板高程、堰頂高程、閘孔數(shù)、閘孔總凈寬，通過水工模型試驗驗證得出：150年一遇及100年一遇的過閘流量、水位及過閘水位差。2各設(shè)計泄量情況下的過閘流態(tài)及閘室左右邊孔的水流條件。3驗證初步設(shè)計方案提出的消力池的池深、池長是否適宜。4針對初步設(shè)計方案進(jìn)展試驗，并根據(jù)試驗要求，量測水力參數(shù)進(jìn)展分析，評價設(shè)計方案的合理性和可靠性。對設(shè)計方案提出修改意見。3、

3、模型試驗設(shè)計和制作3.1 模型設(shè)計及比尺確實定3.2 模型模擬范圍3.3 模型制造1閘室制作：通過數(shù)控車床用鋼板加工閘孔、閘墩，閘室總凈寬誤差在0.5mm以下。2消能段制作：為保證整個消力池池底的平整度，采用瓷板磚鋪設(shè)，消力池池坎采用玻璃制作，其糙率可以滿足本試驗的糙率相似準(zhǔn)那么4。3上下游河道的制作：根據(jù)圖紙，用三合板作出斷面樣板，控制其高程，采用水泥砂漿抹面5 6。4、紅旗閘水工模型試驗4.1 紅旗閘泄流才能試驗試驗數(shù)據(jù)說明：紅旗閘泄流才能完全可以滿足設(shè)計要求。在通過各級泄量敞泄時，水流通過紅旗閘時出水水流受到下游水位影響，堰出流呈現(xiàn)吞沒出流狀態(tài)，只有在較小泄量控泄情況時，出水水流呈現(xiàn)自由

4、出流狀態(tài)。4.2 紅旗閘水流流態(tài)及流速分布受河道地形制約，紅旗閘平面布置大致在彎道上，且位于彎道的頂點處，因此，進(jìn)出口流態(tài)的好壞是工程設(shè)計的關(guān)鍵。本次模型試驗分別進(jìn)展了P=2%和P=1%兩組工況對整個紅旗閘及其上下游水流速度場進(jìn)展了詳細(xì)測量。1紅旗閘上游河道流態(tài)及流速分布試驗說明，在兩組工況下，紅旗閘上游河道來流較平順、穩(wěn)定，未出現(xiàn)漩渦等不良流態(tài)。由于紅旗閘位置偏向左岸，河道右岸水流流速緩慢，致使上游進(jìn)水段流速分布左右不均勻，呈現(xiàn)左慢右快的現(xiàn)象。在斷面0+150斷面處，自然地形與開挖整治地形相銜接，出現(xiàn)小范圍的跌水與回水現(xiàn)象，回水區(qū)域靠近左岸邊墻處，而且面積較小，完全不影響紅旗閘進(jìn)水水流流態(tài)。

5、上游來水水流流態(tài)整體良好。2閘室段水流流態(tài)及流速分布進(jìn)入紅旗閘的水流平穩(wěn)、順直，進(jìn)入閘室段后出水水流呈吞沒出流狀態(tài)，整個閘室段進(jìn)水流態(tài)順直平穩(wěn)，無不良水流流態(tài)出現(xiàn)。經(jīng)過試驗測量數(shù)據(jù)顯示，紅旗閘左右岸水面線高程相差不大，流速分布根本處于均勻分布，閘室段水流流態(tài)良好。3消能段水流流態(tài)及流速分布4下游出水段水流流態(tài)及流速分布紅旗閘下河道為自然地形。試驗發(fā)現(xiàn)，在50年一遇洪水和100年一遇洪水的情況下，出水渠段水流較平順，沒有出現(xiàn)漩渦等不良流態(tài)。在0+600斷面的左岸處，由于自然地形地勢較高，而下游較低，使得水流跌落形成跌水，導(dǎo)致水面不平穩(wěn)，在小范圍水流外表波動起伏較大。4.3 紅旗閘消能防沖試驗1、

6、始流條件下的消能本實驗選取最不利工況進(jìn)展模型試驗，即開啟2孔閘門，閘門開度到達(dá)1.0m時，閘上水位76.7m，閘下水位70.75m，流量為150.39m3/s。5、結(jié)論與建議通過本次模型試驗得出以下結(jié)論：1紅旗閘的泄流才能完全可以滿足設(shè)計要求。設(shè)計方案試驗顯示，在發(fā)生設(shè)計洪水和校核洪水時，紅旗閘的泄流才能滿足設(shè)計要求。50年一遇設(shè)計洪水時，可滿足設(shè)計泄流量3543 m3/s的要求；1000年一遇校核洪水時，也可完全能滿足校核泄流量4197m3/s的要求。2本設(shè)計方案上游進(jìn)水水流流態(tài)較好，水頭損失較小。閘上游進(jìn)水渠段水流平順，進(jìn)口處流速較小，由于受到彎道和河道左右不對稱的因素影響，使得整個河道左右岸水流流速呈現(xiàn)左大右小的狀態(tài)，但對整個上游進(jìn)水沒有影響。3閘室段水流流態(tài)良好。紅旗閘閘室段的進(jìn)水水流平穩(wěn)、順直，進(jìn)入閘室段后出水水流呈吞沒出流狀態(tài)，整個閘室段進(jìn)水流態(tài)順直平穩(wěn)，無不良水流流態(tài)出現(xiàn)。經(jīng)過試驗測量數(shù)據(jù)顯示，紅旗閘并未受到彎道的影響，各孔進(jìn)水水面線高程相差不大，流速分布根本處于均勻分布。4試驗說明，在各級泄量情況下，紅旗閘下游出水渠段水流較平順，沒有出現(xiàn)漩渦等不良流態(tài)。在0+600斷面的左岸處，由