船闸输水系统进水口水动力特性数值模拟研究

摘要

随着船闸规模、尺度以及水头的提高，为缩短输水时间，改善过闸船舶的停泊条件，较普遍地采用复杂的分散输水系统（即所谓廊道复合管），如葛洲坝1＃、2＃和3＃船闸，以及已经投入运行的三峡永久船闸等。而进口布置也趋向于多支孔的分散进水管道，船闸输水系统及其进水口的布置型式设计合理与否，将直接影响引航道的水力条件、输水系统的水力特性、以及船舶的停泊条件。在国、内外船闸工程实践中，常常由于进口边界设计不合理，在廊道进口上方不同程度产生漩转水流，有时产生间隙性或连续性吸气漩涡，或者由于泥沙淤积，影响船闸的正常调度运行。
　　 鉴于船闸输水系统及其进水口的重要性和复杂性，本文在三峡工程永久船闸输水系统布置研究成果的基础上，开展船闸复合管道输水系统进口水动力特性的研究，主要研究内容和成果有：
　　 1)对三峡永久船闸物理模型试验研究及原型观测成果资料进行了调查整理，并结合相关理论进行分析。
　　 2)建立船闸输水系统的一维数学模型，利用该数学模型模拟输水系统输水过程中闸室的水位变化情况及输水管道沿程各节点的水头及流量变化过程线。经多工况的数、物模成果的对比验证，证明该方法的计算结果与物模结果较为吻合，数学模型具有较好的精度和实用性。该一维输水管道的计算成果可以为后期的三维进水口数学模型提供合理的边界条件。
　　 3)建立船闸进水口局部水域的三维数学模型。利用建立的三维数学模型对三峡船闸两种不同体型方案的进水口水流条件进行了数值模拟，通过与原型观测资料、物模结果的对比，对所建立的三维数学模型进行了验证分析，证明该模型能够较好的模拟船闸进水口局部水流条件，成果精度较好，满足相关工程的需求，具有较高的实用价值。
　　 4)利用该三维数学模型对三峡永久船闸最终设计的进水口布置方案在145.0m及175.0m（正常蓄水位）两种库水位条件下输水运行工况进行了数值计算，计算结果能满足工程设计的需要。