水平旋流消能泄洪洞设计与研究：水流流态的观测结果

4.4.2.1　进口水位与流态

工作闸门开启初期，水流沿溢流堰面向下跌落，水舌表面呈白色，竖井内为自由流，随着闸门开度的增加竖井内逐渐过渡为淹没流。

闸门开启过程，进水口附近的水位变化可分为3个阶段：闸门开度小于28%时，水流局部阻力较大，泄流量小，水位缓慢降低；闸门开度超过32%后，水流局部阻力减小，流量系数增加，进水口附近库水位下降速度增加；闸门开度大于某一开度后（3次过水试验特征开度分别是80%、71%和78%），至竖井内水流渐趋于稳定的淹没流之前，进水口附近库水位再次缓慢降低，并伴随小幅波动，表明流量系数减小。

工作闸门全开后，进口上游库区及进口内水流平稳。左右边墙对进口水流有一定的影响，水流绕过收缩圆弧后，靠近侧墙边壁时水流呈V形沟状，同时堰顶水面逐渐降低。由于来流方向竖井流速较低，竖井水面壅高，在堰闸段表面来流与竖井内水流相互剪切，并形成旋滚运动，当竖井内的水面较高时，剪切区的前锋位于检修门槽附近。竖井内的平均水位为2002.00～2002.20m，竖井水位的波动范围是2001.00～2002.90m，最大波动幅度为1.9m。

闸门关闭过程，进水口附近水位变化可分为两个阶段：闸门开度较大时，进水口附近水位增幅相对小些，闸门开度小于某一值后，进水口附近的水位几乎线性增加。以第二次过水试验为例，闸门关闭过程，进水口附近水位变化的临界开度约为78%，当开度小于78%时，进水口附近水位快速线性上升。

4.4.2.2　泄洪洞下游退水洞水位与流态(www.xing528.com)

监测表明，随着闸门的开启，水垫塘内水位逐渐壅高，水流经水垫塘底坎溢出后，形成小的涌浪，并向下游快速推移；水垫塘出口初期为明流状态，并表现出一定程度的横向水面超高，随后水垫塘出口迅速被水雾所笼罩；随着闸门开度的逐步加大，退水洞内水深不断增加、波动加大，从退水洞（桩号导0＋724.00m）断面的监视画面反映，该断面（底板高程1896.00m）最高水位接近1905.00m，最大波峰达到1907.00m，洞顶余幅4m。在闸门开度大于50%后，退水洞内水流由缓流变为急流，水位也迅速下降，同时波动减弱。3次试验闸门全开后，（桩号导0＋724.00m）断面的水位均在1902.00m附近上下波动。

综合分析认为：①退水洞在进口闸门开启过程中和全开运行时，洞内流态变化平稳，没有不利流态或水流封顶现象产生；②在桩号导0＋724.00m断面处，最大浪高达到高程1907.00m，相应最小的洞顶余幅大于35%，全开运行洞顶余幅大于65%，满足泄洪洞退水洞明流流态的运行条件；③采用65.5m长的水垫塘段（包括尾坎），可以起到很好地调整水流流态的作用。

4.4.2.3　泄洪洞下游出口水位与流态

以第二次过水试验为例，分析说明退水洞出口水位的变化特性。闸门开启过程中，当闸门开启100s后，下泄水流运动至泄洪洞出口，出口水位迅速增加，随着闸门开度的增加，出口水位逐渐降低；闸门开启288s后，退水洞内水深再次增加，水位波动幅度也增加；闸门开启375s后（此时工作闸门的开度为72.5%），退水洞内由缓流变为急流，洞内水深迅速降低，水位在高程1899.40m附近波动。闸门全开后，泄洪洞出口水流平稳，水流流速也较低，水流无法挑出挑流鼻坎，而是在挑流鼻坎上（桩号导1＋030.00m断面前后）形成弱水跃，然后跌入下游河道内。水尺监测结果表明，工作闸门全开后，泄洪洞出口水位在高程1901.00m附近波动。

闸门关闭过程中，随着闸门的关闭，泄洪洞的泄流量减小，退水洞内水深减小，负壅波上溯，水位迅速升高，持续时间20～30s，随后泄洪洞出口附近壅波下游水深逐渐减小。工作闸门全关后，在水流惯性作用下，泄洪洞内的水位继续降低，水面低于下游河道内的水面，在重力的作用下，水流从下游河道流向泄洪洞内，泄洪洞内的水深逐渐增加，最后水面逐渐与下游河道水位平齐。