2.4.1.1 试验方案的拟定
为提高起旋室升坎边缘的掺气浓度，主要采用以下两种途径解决，即：在起旋室上游侧设盲洞和在竖井设环形通气槽，共拟定了以下6个方案进行试验研究：
方案1：起旋室上游侧设5.0m长的盲洞（见图2.21）。方案2：通气槽挑坎高程为1960.04m，坎厚0.88m，挑坎坡度1∶4.5，槽长2m（见图2.22）。
方案3：通气槽挑坎高程为1962.88m，坎厚0.88m，挑坎坡度1∶2.5，设环形通气道及8个通气孔，坎下扩大段长5m（见图2.23）。
方案4：通气槽挑坎高程为1962.88m，坎厚0.88m，挑坎坡度1∶2.5，坎下设1个通气管（见图2.24）。
图2.21 起旋室连通盲洞（方案1）（高程单位：m；尺寸单位：cm）
方案5：通气槽挑坎高程为1962.88m，坎厚0.88m，挑坎坡度1∶2.5，坎下设环形通气道（高1.3m，深0.5m）及8个通气孔（见图2.25）。
方案6：通气槽挑坎高程为1962.88m，坎厚0.88m，挑坎坡度1∶2.5，坎下设4个通气管（见图2.26）。
图2.22 竖井设环形掺气槽（方案2）（高程单位：m；尺寸单位：cm）
图2.23 竖井设环形掺气槽（方案3）（高程单位：m；尺寸单位：cm）
图2.24 竖井设环形掺气坎（方案4）（高程单位：m；尺寸单位：cm）
2.4.1.2 试验成果
（1）盲洞方案（方案1）试验表明：校核水位情况下，端头通气井进水，通气量仅143.4m3／s，使旋流空腔压力降为负压，导致升坎区出现大量负压（最大达－8.8m水柱），掺气浓度仅2.0%左右，容易发生空蚀，此方案不可取。
（2）通气槽方案（方案2～方案6）试验成果。各方案的试验成果对比分析，通气挑坎上竖井为淹没流，坎下射流水柱清澈透明，水柱周围形成空腔，空腔长度1.8～3.2m，下部水垫表面平稳，水面波动较小。竖井下部为掺气水体，挑坎附近的掺气浓度3%～4.3%，竖井的通气量为51.5～108.0m3／s，补气较充分，说明在竖井上部设环向通气坎可以起到掺气防蚀作用。方案2由于通气孔进水，管内水深达4m，上下波动，不可取。方案5、方案6水流流态平稳，空腔较长，掺气充分，且方案6坎下竖井段直径不需扩大，结构体型简单，决定采用方案6。
图2.25 环形通气坎下设通气槽（方案5）（高程单位：m；尺寸单位：cm）(www.xing528.com)
图2.26 竖井设环形通气坎（方案6）（高程单位：m；尺寸单位：cm）
2.4.1.3 竖井环形通气坎对泄量影响的研究
在有压管流条件下，泄量主要受流道局部损失控制，如环形通气坎、起旋室收缩孔口等，但在通气坎下为自由射流并有掺气空腔的情况下，泄流量主要受环形坎坡度和起旋室收缩断面控制，为证明此论点，进行了扩大起旋室进口断面和修改通气坎尺寸的试验研究。
（1）扩大起旋室进口收缩断面的试验研究。试验成果见表2.25。调整方案扩大了起旋室进口收缩断面，但泄流量并未增加，说明泄流能力由环形通气坎过流断面控制，泄流量略有减小，是因为水垫塘末端过流断面缩小造成的。扩大起旋室进口收缩断面后，竖井空腔长度加大，通气井的通气量增加，而环形坎的通气量减少。
表2.25 起旋室进口断面面积对泄流量影响的试验成果
（2）通气坎尺寸对泄流量影响的试验研究。试验成果见表2.26。在起旋室进口收缩面积不变的条件下，环形通气坎的坡度分别为1∶2.5、1∶2.8、1∶3.0进行比较试验。由于通气坎坡度减缓，过流断面直径加大，过流面积增加，泄流量增加。但各方案的竖井水流空腔变化不大，通气量和掺气浓度变化不大。
表2.26 通气坎尺寸对泄流量影响的试验成果
（3）试验成果综合比较。为便于分析比较，共进行了8组试验，试验成果列于表2.27。从表2.27试验成果对比分析得出以下规律和结论：
1）在竖井上部设通气坎后，泄流量减小，泄流量由环形掺气坎断面面积控制。
2）通气坎坡度变缓，使泄流量增加，但对掺气浓度和通气量影响不大。
3）通气坎尺寸不变时，环形坎通气量随起旋室进口面积加大而加大。
4）通气坎坡度为1∶2.5～1∶3.0时，ω／A≥1.0，环形通气坎下就能形成空腔，可正常通气；ω／A＞1.1，通气坎通气量过大，起旋室通气量减少过大；ω／A＜1.0，环形通气坎通气量很小，接近零，不能起到掺气作用。
2.4.1.4 结论
（1）在竖井中设环形通气坎可起到向竖井下部水流掺气，增加起旋室升坎处掺气浓度的作用。
（2）为保证环形通气坎能起到掺气作用，流量应由环形通气坎控制，起旋室进口收缩断面面积必须与环形通气坎过流面积相匹配，当通气坎坡度为1∶2.5～1∶3.0时，ω／A宜控制在1.05左右。
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