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保水堰水力特性及体型优化研究

许国锋  
【摘要】: 南水北调中线工程天津干线西起河北省徐水县西黑山进口闸,东至天津市外环河,全长155.419km,采用全箱涵(无压接有压)全自流输水方案,无压段采用2孔无压箱涵输水,有压段采用分段低压输水方式输水。天津输水干线主要控制性建筑物有:进口闸、陡坡段消力池、调节池、保水堰、分流井等,其中保水堰是新型的衔接性水工建筑物,它用于分段低压输水系统中,可自动调整有压段水位分布,保证输水管道中始终处于有压状态。 本文基于水工模型和数值模拟,对保水堰的流态、局部阻力系数等水力特性进行了系统的研究,并对其体型进行了初步优化,填补了保水堰研究的空白。主要研究内容包括以下几个方面: (1)通过模型试验和数值模拟对保水堰的局部损失系数和流量系数进行了系统的研究,得到了局部损失系数与水深、堰高、溢流堰相对位置、堰前后高程差、保水堰尺度、不同运行孔数等的关系,保水堰流量系数与堰上水头的关系,完善了分段低压输水系统的设计。 (2)通过数值模拟对保水堰堰后挖深、与下游管道衔接的削角、堰后距离、堰前距离等局部体型进行了优化,调整了保水堰过堰水流流态和流速分布,使其体型更加符合水流运行条件,优化结果可供保水堰设计工作者参考。 (3)保水堰在不同水深情况下存在三种流态,即淹没堰流、自由堰流和过渡堰流,通过对保水堰流态特性的研究,详细描述了保水堰在不同流态情况下的过流特性。 (4)通过模型试验对南水北调工程天津段控制性建筑物:进口闸、消力池、调节池、分流井等进行了水力特性研究,得出了相关的水力参数和流态特性,为南水北调天津干线的设计提供了可靠的数据。


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