低水头有压竖式进水口体型设计与模型试验研究

郝 鑫，杨超林，王均星，邓竣文

(1.云南省水利水电勘测设计研究院，昆明 650021；2.武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 430072)

0 引 言

水利工程中隧洞进水口多以水平进水口为主，其具有布置简单、水流流态稳定、便于施工及易于检修等优点。但在一些地形地质条件较为特殊的情况下，如不良地质条件下成洞困难，或隧洞上下游水位高差悬殊，水平进水口接斜井的方式难以解决高水头差的消能问题，此类情况下采用竖式进水口常是更优的解决方案。

水利工程中隧洞常见的竖式进水口一般由环形溢流堰、竖井段、弯管段及退水隧洞段组成。此种形式在应用中具有一定的局限性，其要求进口水流在低水头运行的条件下保持为环形堰流状态，且进口随库水位变化呈现的水力工况复杂多变。若低水头条件下采用有压竖式进水口，进口处出现的立轴旋涡一直以来都是水力学研究中的难点，需要进行专门的研究去消除[1,2]。现阶段主要还是采用模型试验方法进行研究，例如ODGAARD研究了自由表面吸气旋涡，HITELS分析了旋涡流场的速度分布规律，唐洪、武田通过对旋涡流场的测量，分析了切向、径向、轴向流速及旋涡形成条件，三者均采用模型试验进行了验证。

本文以车马碧水库泄洪放空隧洞进水口的设计过程为例，对低水头有压竖式进水口的结构及消涡设施设计进行多方案的对比与模型试验验证。通过对各组方案的泄流能力、进水口流态、沿程压力分布、施工难度等方面的分析，最终得到既能有效控制进水口立轴旋涡、流态稳定、节省工程投资又便于施工的结构布置方案。……