5.2.2.1 泵闸进口地形条件分析
青草沙水库地处长江口南北港分流口，上游取水泵闸处于中央沙头部外侧的新桥通道内，滩面较低，水深较大，闸（站）址处流量丰沛、水质条件优越，但地形较为狭窄，该处青草沙新建北堤轴线离中央沙北堤轴线只有600m左右。按《水闸设计规范》（SL265）规定水闸上下游河道直线段长度不宜小于5倍水闸进口处水面宽度，以水闸外侧进水口宽约100m计算，水闸引水渠及出水渠直线段长度应为500m以上，则内外侧引出水渠直线总长度应超过1000m；按《泵站设计规范》（GB／T50265）规定，泵站引渠直线段长度不宜小于渠道水面宽度8倍，以泵站进水池进口宽度约75m计算，泵站引水渠长度应为600m以上，地形条件显然不能满足要求。
由于受地形条件的限制，使得泵闸前沿水池水流流态调整不够充分，经上游取水泵闸总体布置研究发现，泵、闸前存在一定范围的回流区，泵站前池进流流量分布不均，以及水闸存在引水能力下降等局部流态问题，因此，必须在现状地形条件下研究取水口流态控制，对平面方案布置进行合理优化，以弥补地形条件的不足。
5.2.2.2 侧向进水进口流态控制技术
针对水闸或者泵站引水时进水口水流不均、流向有少量偏移，以及泵闸导流隔墙墙端绕流等不利情况，进行了多方案多工况的物理模型试验比较研究。
选择对取水泵闸进流最为不利的几组工况对不同取水口体型方案进行试验研究，泵闸引水试验工况详见表5-3，不同取水口局部体型调整措施对取水口流态控制起到不同的效果。
表5-3 取水口体型修改试验泵闸引水试验工况
（续表）
1）导流墩整流方案研究
针对取水口的进流不均及泵闸间导流隔墙的绕流情况，首先研究的是采用导流墩整流措施，即在导流隔墙两侧加设导流墩，分割墙端绕流，强迫水流转向以消减泵闸导流隔墙两侧的回流。经过多方案组合试验比选，在导流隔墙两侧各布置两个分别长15m、17.75m的导流墩，导流墩之间、导流墩与泵闸导流隔墙的净距均为9m。同时在泵站前池进口布置高0.75m的底坎，水闸引流及泵站引流的整流效果见图5-11、图5-12，实测水闸的过流能力比较见表5-4。
图5-11 导流墩整流方案闸前水流流态（工况TXZY4）
图5-12 导流墩整流方案泵站前池水流流态（工况TXBY1）
表5-4 导流墩整流方案实测过闸流量
采用整流墩的整流试验表明，在泵闸导流隔墙两侧设置导流墩的修改方案能有效消减前池回流，均化泵站前池流速分布，改善水泵进流条件；闸前近导流隔墙侧回流区被消除，入闸水流流态良好，水闸过流能力增强，说明增设导流墩整流措施整流效果良好。
2）泵闸导流隔墙延长方案研究
针对泵闸导流隔墙墙端绕流产生的泵闸进水不良流态，拟定通过加长导流隔墙消减各运行工况下泵闸导流隔墙两侧的回流区。采用两种方案进行模型试验研究：方案一将导流隔墙延长16.5m，方案二将导流隔墙延长33m直接与清污机桥桥墩相连接，方案一、方案二整流效果见图5-13、图5-14。
图5-13 导流隔墙延长方案一闸前水流流态（工况TXZY4）
图5-14 导流隔墙延长方案二闸前水流流态（工况TXZY1）
试验研究表明，延长方案一能在一定程度上减弱泵站前池和闸前回流区，改善泵站前池流态和入闸水流流态，但不能完全消除闸前和泵站前池的回流区。导流隔墙延长方案二墙端绕流现象基本被消除，原方案中近导流隔墙侧闸孔前回流区消除，闸前断面流速分布趋于均匀，泵闸进流条件较好，但由于拦污拦鱼栅过流孔数较原方案明显减少，因此过栅流速显著加大，过栅损失增加，如过栅流速最大的工况TXZY2，平均过栅流速为2.03m／s，最大单孔平均流速为2.48m／s，流速超过《泵站设计规范》（GB／T50265—97）条文说明中的过栅流速1.25m／s较多，过栅落差达到0.87m，须加以调整。(www.xing528.com)
3）进水渠加深方案研究
结合以上取水泵闸导流墩整流及导流隔墙延长两方案研究结果，导流隔墙延长方案二的流态最好，故在此基础上，对过大的过栅流速进行调整。为加大过流断面，减小过栅流速，考虑在导流隔墙延长方案二基础上加深进水渠布置方案，即把原进水渠底高程从－2m调低到－3m。进水渠加深方案整流效果见图5-15。
图5-15 进水渠加深方案闸前水流流态（工况TXZY4）
研究发现，长江落、涨潮引水时，进水渠加深方案各工况取水泵闸进水口流态与导流隔墙修改方案二进水口流态相近，流态比较均匀，各工况过栅流速较导流隔墙修改方案二有明显减小，但部分工况过栅平均流速仍较大，如闸引工况TXZY3，平均过栅流速达1.52m／s，单孔最大值为1.77m／s，过栅落差为0.505m；泵引工况TXBY1，平均过栅流速0.85m／s，单孔最大值为0.96m／s，过栅落差为0.15m。试验证明流态基本能满足要求的前提下，泵引工况过栅流速及过栅水头损失满足规范要求，但闸引过栅流速及过栅水头损失仍需要得到改善。
4）翼墙修改方案研究
经过调整拦污拦鱼栅方案后，水闸引水过栅流速及过栅落差得到改善，为更加均化进水水流，拟定了两种调整取水口两侧翼墙方案进行研究。
图5-16 翼墙修改方案一闸前流态
（1）方案一。将翼墙前移，取消栅后岸坡，并将两侧翼墙圆弧半径和转角加以调整，与拦污拦鱼栅墩相接，原方案栅后两侧连接段的边坡改为直立翼墙，拦污拦鱼栅墩有少量南移，水闸侧拦污拦鱼栅由28孔调整为19孔，泵站侧由24孔调整为13孔。试验结果显示，过栅流速有所增加，过栅流速分布仍表现为靠近水闸翼墙侧较小，主流居中略偏向泵闸分界线侧，该工况实测过栅平均流速为1.61m／s，单孔最大过栅流速1.92m／s。由于过栅流速增加，过栅落差相应略有增加，试验实测过栅落差为0.340m。方案一布置及流态见图5-16。
（2）方案二。为了增加进水口的拦污拦鱼栅孔数，将翼墙前移，保留部分栅后岸坡，拦污拦鱼栅孔数较翼墙修改方案一有所增加，闸前调整为23孔，泵站前调整为16孔。实测过栅流速较翼墙修改方案一略有减小，过栅流速分布仍表现为靠近水闸翼墙侧小，主流居中略偏向泵闸分界线侧，实测各孔平均过栅流速值为1.36m／s，最大过栅流速1.84m／s。由于位于岸坡上的拦污栅过流量较小，因此实测过栅落差为0.335m，较方案一略有降低。方案二布置及流态见图5-17。
图5-17 翼墙修改方案二闸前流态
翼墙修改方案二，进流流速相对均匀，流态稳定，其过栅流速及过栅落差基本能满足设计要求，因此，可作为水库取水泵闸的基础布置方案。
5）泵站前池体型修改方案研究
以上取水口体型修改试验中，泵站前池流态已得到较大改善，为进一步优化前池流态，在选定的进水口体型修改方案的基础上，对前池整流措施的体型和布置进行进一步的试验研究。
初步试验中选择导流墩、整流底坎两种整流措施进行观测，两者均有较好的整流作用，考虑到导流墩高出水面可能影响景观，而潜于水下则表层流态改善可能不足，因此选择底坎整流方案。试验中在流道进口前、流道进口前10m和前池坡段前10m处分别布置三个施测断面，以断面流速分布的均匀程度判断修改方案的优劣。经过对底坎的平面位置及不同坎高的多方案比较，得到前池流态相对较优的两种修改方案，方案一采用0.5m等高底坎方案，方案二在泵站前池平段尾部布置一条不等高底坎，东侧（泵站翼墙侧）30m坎高0.80m，西侧（泵闸导流隔墙侧）坎高0.50m。
前池典型断面流速分布图表明，在前池中布置不等高整流底坎后，前池流速分布在平面上和立面上均变得更为均匀，前池进水流态得到显著改善。
上述水库取水口体型修改试验研究表明，在泵闸导流隔墙两侧增设导流墩，能有效改善泵、闸的进水流态，但在流速分布的均匀性方面尚不理想；延长泵闸导流隔墙对调整流态具有一定的作用，但导流隔墙必须具有充分的长度，泵闸导流隔墙延伸至清污机桥桥墩的方案，能有效地调整泵闸的进水流态；水闸侧过栅流速及栅前、栅后水面落差明显偏大，必须辅助以加大进水渠深度、加大栅条间距等措施，以降低过栅流速、减小过栅落差。因此，取水口体型修改建议采用泵闸导流隔墙延伸至拦污拦鱼栅桥墩、进水渠底（包括清污机桥桥墩底板）由－2.0m挖深－3.0m，同时翼墙采用翼墙修改方案二，泵站进水前池中布置不等高整流底坎。
根据以上研究成果作为建议方案进行物理模型试验验证，成果表明：采用以上流态控制措施后，各工况入闸入站水流条件良好，引水过流能力满足要求。
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