维普资讯 http://www.cqvip.com ２００６年第４期・ＰＥＡＲＬＲＩＶＥＲ人民珠江 改善大型泵站前池水流流态的试验研究 陈树容，邱静 （广东省水利水电科学研究院，广东广州 ５１０６１０） 摘要：通过东深供水塘厦金湖泵站和莲湖泵站的水工模型试验研究，对大型泵站前池水流运动进行分析，提出了 有效改善前池水流流态的整流墩工程措施。消除了前池中的回流，使水流平稳、均匀、缓慢进入吸水流道，满足机 组各种组合工况运行的要求。 关键词：回流；正向；整流墩；流态；．３２程措施 中图分类号：ＴＶ７３２．１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１．９２３５（２００６）０４．００１５．０３ 通过东深供水工程塘厦金湖和莲湖泵站的水工模型试 验，对扩散型前池和分格扩散型前池型式的水流运动进行观 测、分析、研究，并进行流态改善措施的多方案比较，提出在 大型泵站在扩散型前池中增设整流墩改善流态的工程措施， 前池流态改善效果显著。 １塘厦金湖泵站 塘厦金湖抽水站为东深供水改造工程专用输水管道多 级联合运用工程的第四级抽水站，抽水站设计安装８台立式 混流泵，其中６台为工作泵、２台为备用泵。水泵单机流量为 ｌ５ ｍ３／ｓ，抽水站设计总流量为９０ ｍ３／ｓ，扬程为２５ ｍ。抽水站 进水池设计水位为２１．００ ｍ，最高水位为２１．５０ ｍ，停机水位 为２０．００ ｍ。泵站底板高程为ｌ２．７０ ｍ。 １．１原设计方案及试验结果 原设计泵站的梯形引水渠底宽ｂ：８，２ ｍ，边坡ｍ＝１ ：１．５，底坡ｉ＝ｌ：３ ５００；前池扩散角ａ：１５．３。，池长Ｌ＝７０ ｍ； 吸水流道长２３ ｍ，宽为６．１ ｍ。 ２Ｉ ｇａｉｔ 图ｌ原设计方案流速、流态分布图 试验观察到，在设计水位条件下，水泵开启６台机、抽水 流量为９０ ｍ３／ｓ时，引水渠平均流速约为２．００ ｒｎ／ｓ，引渠水流 进人前池未能向两侧扩散，出现两侧回流压迫主流的现象， 水流以较大的速度直达泵站流道进口。４、５、６号流道流速最 大值达０．９８ ｒｎ／ｓ，前池两侧为回流流态，２、３、７号流道水流斜 ｌ§ 图２修改方案１流速、流态分布图 向进人，２、３、７号流道流速最大值达０．８７ ｒｎ／ｓ，最小值为 一ｂ）修改方案２。在修改方案１的基础上增设导流墙措 施，形成分格扩散型前池（见图３）。 ０．２７ ｒｎ／ｓ。各流道流速值偏大、流速不均匀。水泵安全稳定 运行要求流道流速为其平均流速０．３ ｒｎ／ｓ以下，可见原设计 ｃ）修改方案３。在修改方案１的基础上增设拦水坎。 ｄ）推荐方案。在修改方案１的基础上增设３个三角形 整流墩，经对整流墩的体型尺寸进行比较试验，选取一个顶 角为１２０￣、底边长为１２．５ ｍ、高为２．８ ｍ的等腰三角墩和两个 顶角为９０￣、底边长为７．５ ｍ、高２．５ ｍ的直角等腰三角墩（见 图４）。 方案不能满足要求（见图１）。 １．２修改方案 ａ）修改方案ｌ。将原设计前池加长至１００ ｍ，并增设１０ ｍ 长的进水池，这时引水渠与前池相连接的扩散角ａ＝１０．８４￣ （见图２）。 收稿日期．．２００６－０２．０８ 作者简介：陈树容，女，广东潮州人，主要从事水工模型试验研究。 ｌ５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 开启条件的。修改方案３在前池设一道拦水坎，试验观 察到，当所设的拦水坎高度不足时，主流漫坎而过，前池两侧 仍有回流现象产生；当拦水坎的高度为３ ｍ时，水流越坎跌 落渗混后，沿程正向流向泵站，但因水流越坎而过，进水池波 浪明显，流态不佳。受水闸低佛氏数消力池中布置辅助消能 墩的启示，试验在前池进口处布设两排消力墩，经不断地对 体型进行优化，形成推荐方案中的三角形整流墩组（见图４）。 ０．０． 三Ｉ詈ｌ单位－ 图３修改方案２流速、流态分布图 试验观察到水流在前三角形墩的作用下，往两侧扩散和从墩 顶漫过，两侧水流受６０￣斜迎水墩面的导向，一部分水流折向 池壁再折向第二排三角形墩又折向池壁后进入前池；另一部 分水流折入第一和第二排墩之间，与从墩顶漫下的水流充分 渗混再经第二排三角墩。第二排三角墩作用与第一排相似。 水流经多次碰撞渗混后，能量降低，流速减慢。此时水流均 匀、正向、稳定、缓慢地流向进水池，进水池水面平静，各吸水 流道流速均匀，流速值在０．３ ｍ／ｓ左右，符合规范要求。当机 组不同组合运行时，前池优良流态保持不变。推荐方案形式 简单、工程量小。 单位ｍ ２莲湖泵站 莲湖泵站为东深供水改造工程专用输水管道多级联合 图４推荐方案流速、流态分布图 １．３模型试验成果及分析 运用工程的第一个梯级泵站，泵站设计抽水流量为１００ ｍ３／ｓ， 设８台立式混流泵，其中６台工作泵，２台备用泵，单机设计 流量为１３．７ ｍ３／ｓ，设计净扬程为１２．０ ｍ，泵站进水池设计水 试验观察到，修改方案１在６台水泵同步启动时，进水 池水流正向均匀进入各吸水流道，但当水泵依次从右向左或 位为４．５ ｍ，停机水位为３．５ ｍ，泵站底板高程为一３．６ ｍ。 ２．１原设计方案及试验结果 原方案布置如图５，泵站的吸水建筑由１０ ｍ长的进水池 和１１６ ｍ长的前池组成，前池上接矩形明渠，明渠上接双孔 反虹涵。试验表明，由于反虹涵出口明渠底高程为１．５ ｍ，比 反虹涵进口底高程一１．８ ｍ高３．３ ｍ，在设计流量和设计正常 从左向右开启时，前池水流出现回流现象，最末开启的２、３ 号机组水流斜向进入吸水流道，流道进口极不均匀，左侧为 较大流速的正向流，右侧为负向流，左侧的正向流与右侧的 负向流产生剪切，使流道内产生漩涡的现象，极易引起水泵 振动。为此种不稳定的流态，试验在前池内加设导流墙 （修改方案２），试验观察到，当导流墙长度大于２／３前池长度 且导流墙高度（平均高度６ ｍ）与设计水位齐平，接近分格扩 水位工况下，反虹涵出口明渠的过流断面过小，致使该段明 渠内出现急流水跃，较大的流速使水流在进入扩散型前池时 得不到及时的扩散，产生或左或右的偏流，在左侧（或右侧） 散式前池，当水泵对称开启时，前池流态良好，水泵能获良好 的取水条件。分格扩散式前池工程量较大，运行过程受对称 产生较大范围的回流，泵站前缘横向流速达０．７～１、０４ ｍ／ｓ， 流态与金湖泵站修改方案２相近（参见图２）。 图５原设计方案，修改方案１，推荐方案流速、流态分布图 ２．２修改方案 降低至０．０ ｍ，即比原方案降低了１．５ ｍ（参见图５）。 ａ）修改方案１。把原设计方案反虹涵出口明渠底高程 １６ ｂ）修改方案２。在修改方案１的基础上，在桩号０～ 维普资讯 http://www.cqvip.com １２５．６ ｍ处加４个６、８、１０、１２ ｍ各级长度的导流墩，墩高１．５、 有下凹现象出现，称此处的水深为收缩水深ｈ 三角型整流 ２、２．５、３ ｍ，墩上加或不加１．４ ｍ厚的叠梁。 墩组的第一个整流墩应布置于０～０．５ ｈ．．之间，该区间对水 ｃ）推荐方案。借鉴金湖泵站试验研究的经验，结合莲湖 流的阻碍折射作用较强；视引水渠的流速范围为１．５～２．０ 泵站的特点，经反复尝试，用１个边长１０ ｍ、高２．８ ｍ的等边 ｍ／ｓ和前池底坡为０～１：１．５，第一个整流墩所取的顶角为６０ｏ 三角墩和两个边长８ ｍ、高２．８ ｍ的等边三角墩，在引渠出口 ～１２０￣。第二排整流墩取位于４．５～３．５ ｈ 位置。整流墩的 处布置成三角形排列的方式（见图５）。 平面阻塞率约５０％和墩高取１／２～２／３ ｈ．．时，三角型整流墩 ２．３试验成果及分析 组对水流的消能和整流的效果最好，经整流墩组对水流的消 试验观察到，修改方案１反虹涵出口明渠底高程降低 能和调整流速分布，水流呈均匀、正向、缓慢流向泵站流态， １．５ ｍ后，过流断面相应增大，反虹涵出口明渠的流态得到改 泵站前缘水面平静几近静止状态，较大限度地满足水泵吸水 善，急流水跃消失，明渠出口处的平均流速约为１．７０ ｍ／ｓ。 的要求。 由于明渠出口的流速仍较大，进入扩散角为ｌ２。的前池后，水 ４结论 流得不到的扩散，而是集中顺右侧（或左侧）蜿蜒前行；而另 ａ）金湖和莲湖泵站原设计引水渠与前池问的衔接所取 一侧则产生大范围的回流，泵站前缘横向流速最大值达０．７７ 的扩散角偏大，出渠水流进入前池未能均匀扩散，水流在前 ｍ／ｓ，水流斜向进入吸水流道，诱发水泵吸入气体而降低水泵 池产生较大范围和一定强度的回流，水流斜向进入吸水流 的抽水量。 道，流道中水流紊乱，不满足水泵吸水的需要。 针对修改方案１存在的问题，以及产生问题的原因，试 ｂ）对原设计扩散式前池增设三角形整流墩工程措施后， 验在明渠出口处设置多种组合的不同长度的导流墩和过水 消除了前池的回流流态，水流平稳、缓慢、均匀、正向进入各 叠梁，试验结果表明：导流墩和叠梁对前池流态改善的程度 吸水流道，满足了水泵吸水的流态要求。 达８０％～９０％左右，个别机组流道内仍有回流发生。通过借 ｃ）金湖和莲湖两泵站，自２００３年１月建成并通水以来， 鉴金湖泵站进口试验研究的经验，经反复尝试，得推荐方案 运行情况优良，验证了金湖和莲湖两泵站试验成果的正确 如图５布置。试验表明：推荐方案解决了修改方案１存在的 性。我国的夹马口、汾南、尊村二级、邙山等泵站，由于前池 不良流态问题，水流经三角形墩组的折流渗混后，能量降低， 回流流态消除不够充分、彻底，工程建成后，出现水泵吸水难 流速均匀。水流平顺稳定地到达进水池进入吸水流道。不 和机组振动等问题。金湖和莲湖泵站是泵站工程中成功的 论何种运行工况，前池无回流、偏流现象，各吸水流道进入正 例子，工程中整流墩形式简单、工程量少，对前池流态改善效 向低流速水流，满足水泵吸水的要求。 果好。 ３整流墩组的体型及布置 （责任编辑：王艺） 金湖和莲湖泵站试验显示：水流从引渠注入前池，水面 （上接第６页） ａ）缺乏先进的技术设备。从各水文部门动用的先进水 ４对今后工作的建议 文和咸潮测验仪器设备来看，仅在开测前应急购置了几套含 ａ）优化调整流域水文站网。加强受水利工程影响，以及 氯度监测仪器，绝大部分都用取水样再滴定化验的老方法测 、省（区）界水资源管理需要的水文站网建设，优化调整 成；仅在珠江下游及三角洲地区应用ＡＤＣＰ测验断面流量。 珠江流域水文站网。 由于先进的仪器设备不足，严重制约着珠江水文满足应急、 ｂ）增加水文投入，提高水文监测和信息报送自动化水 快速的测报要求。 平，改变“人海战术”的落后面貌。依靠科技进步，采用先进 ｂ）上、中游水文测报设施和仪器设备落后，条件艰苦，难 仪器设备，逐步建立水文站水文自动测报系统，把水文站建 以应对这次压咸补淡应急调水水文测报高标准的要求。 设成为“无人值守，有人看管”的新型水文站。 红水河都安站斜拉式水位自记设备精度不足，校测水位 ｃ）加强受工程影响水文站和上游站枯水流量测验工作。 要走３６０多级台阶；南盘江天生桥（桠权）等站，枯季水位较 研究受工程影响的水文站流量测验方式和方法，研究上游枯 低使水位计无法自记水位，桂江京南水文站还需要人工观测 水期小流量情况下的测流方法。 水位。 ｄ）加强珠三角网河区水文测验和枯季咸潮监测工作。 一些水文站缺乏夜间测流设备和经验：迁江水文站夜间 每年在洪、中、枯季进行一次同步水文测验，特别是加强主要 测流设备不足，照明用的探照灯功率太小，看不清河面情况， 河汊稀遇洪水和桔水的水沙监测。在磨刀门、沙湾水道、广 测流铅鱼几乎挂列过往船只，险些酿成事故；梧州水文站更 州水道等重点河道和口门控制断面建立咸潮自动监测 是从未在夜间测过流，为测到涨水段流量，１月２７日夜晚测 站，加强咸潮监测。 两次流，临时增加设备，动用了分局机关人员，耗时费力。 （责任编辑：丁一） Ｉ７
