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第 !" 卷第 # 期%&’(!" )&(#! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !水 利 水 电 科 技 进 展!$$" 年 ! 月>0?( !$$"*+,-./01 2. 3/20./0 -.+ 40/5.&’&6!7 &8 9-:0; <01&=;/01基金项目 ： 中国博士后科学基金资助项目 （!$$@$A"!B@）作者简介： 万五一 （#CD"—），男，湖南安乡人，博士，从事水力学及河流动力学研究。 EFG-2’： H-.H=72IG-2’( :12.65=-( 0+=( /.保水堰的交替水流数值模拟初探万五一#，李玉柱#，王建军!（# ( 清华大学水利水电工程系，北京#$$$J@； !( 中国水利水电第七工程局，四川 成都"##DA$）摘要： 为了对保水堰的交替水流进行数值模拟，依据保水堰恒定流情况下的工作特性， 将保水堰的水流形态分成堰流和满流两种状态，分别建立保水堰不同流态下的非恒定流数学模型。 分析两种不同水流形态的交替机理，建立两种水流的转换条件，联立两种不同形态的数学模型构成保水堰的堰流和满流交替的非恒定流数学模型。 利用数值计算的方法对保水堰的水流交替情况进行了模拟，结果表明，通过将两种流态的方程进行组合，可以合理地模拟保水堰的水流交替过程。关键词： 保水堰；水力过渡过程；交替水流；输水工程中图分类号： 4%#A!文献标识码： *文章编号：#$$"!D"@D （!$$"）$#!$$!$!$A!"#$%&’() *&#")(+&,- ,. ()+$%-(+$ .),/ &- ,0$%.),/ /$&%*119 *) 9=F72#， KL M=FN5=#， 9 *)O P2-.FQ=.!（#! "#$%&’(#)’ *+,-.&%/0123)41)##&1)4， 5 61)47/% 8)19#&61’-， :#1;1)4 #$$$J@， <71)%； !! =1)*7-.&* 3)41)##&1)4 :/&#%/ D， <7#)4./ "##DA$， <71)%）23*+%(’+： *//&;+2.6 :& :50 57+;-=’2/ R;&R0;:7 &8 &,0;8’&H H02;1 =.+0; 1:0-+7 8’&H， :50 8’&H R-::0;.1 &8 &,0;8’&H H02;1 H0;0/’-112820+ 2.:& 8;00 &,0;8-’’ -.+ 1=?G0;60+ &,0;8-’’， -.+ .=G0;2/-’ G&+0’1 8&; =.1:0-+7 8’&H H0;0 01:-?’2150+ :& 12G=’-:0 :50 :H&8’&H R-::0;.1 ;01R0/:2,0’7( S-10+ &. -. -.-’7121 &8 :50 G0/5-.21G &8 8’&H R-::0;. -’:0;.-:2&.， -RR;&T2G-:0 /;2:0;2&. 8&; 8’&H R-::0;.-’:0;.-:2&. H-1 8&;G=’-:0+， -.+ - .=G0;2/-’ G&+0’ H-1 H&;U0+ &=: 8&; 12G=’-:2&. &8 8;00 &,0;8-’’ -.+ 1=?G0;60+ &,0;8-’’ -’:0;.-:2&.?7 /&G?2.-:2&. &8 :50 -?&,0 :H& G&+0’1( 450 12G=’-:2&. &8 :50 8’&H R-::0;. -’:0;.-:2&. 2. &,0;8’&H H02;1 15&H1 :5-: :50 G0:5&+ 21;0-1&.-?’0 -.+ 0880/:2,0(4$5 /,%6*： &,0;8’&H H02;； 57+;-=’2/ :;-.120.: R;&/011； -’:0;.-:0 8’&H； H-:0; :;-.180; R;&Q0/:在长距离跨流域调水工程中， 输水线路的保水是指通过一定的设备和特殊建筑物使有压输水线路始终保持满管的状态。 通常情况下， 对长距离调水工程的压力输水线路进行充水是一个历时较长的过程 （可能需要数小时，甚至数天），因此长距离输水管路的保水，特别是长距离自流输水线路的保水，是保证工程适时运行和防止有压管道产生水体脱空的重要技术［#!A］。 利用保水堰进行管路的分段保水是最近发展起来的一种新型的建筑物保水技术， 它可以有效防止管路尾部压力过高和水流脱空， 这种结构通常可用于长距离输水隧洞和低压涵洞。 保水堰在运行过程中存在有水位跌落的堰流 （明流）和无水位跌落的淹没过流 （满流） 两种情况的交替过程， 这种交替变化的水流对全线的非恒定流调节影响较大。对于流量调节的非恒定流过程， 通常可以采用水击的特征线方法［@，B］进行数值模拟， 但保水堰作为全线水流数值模拟的重要部分， 目 前尚无确切的理论计算模型与之对应， 如何建立保水堰的边界模型是数值模拟的难题之一。 本文通过分析， 引 入一定的近似判定条件，建立了保水堰的非恒定流边界模型，该模型可以对水流的交替变化过程进行简单的模拟，为保水堰的堰流和满流交替非恒定流数值模拟提供一种可借鉴的方法。7保水堰的工作原理保水堰的基本形式如图 # 所示。 在停水的情况下，保水堰上游管路两端的水位和保水堰的堰顶同高，由于堰顶高出上游管道的管顶，因此管路中的水体能够储存下来；在小流量情况下，保水堰可以防止管道发生水体脱空，此时保水堰的水流为自由堰流，堰下游形成跌落并消除多余的能量； 在大流量情况下，堰下游的水流漫过堰顶，整个管路形成有压的淹没水流，此时保水堰与通气井类似，堰上水流为满流状态。 保水堰的优点是能够在各种运行状态 （包括停水）下，管路保持满管的状态， 并且可以防止停水时管路中产生过高的水击压力。输水线路在流量调节过程中， 整个系统的水流变化相互制约。 当流量增加时， 保水堰的水流可能?$!?水利水电科技进展，!$$"，!" （#）5#0：$!B!JADJ"AAB3>(%10： ;?I 77/ ! #./ ! 2)7’’$： @@AAB ! 77/ ! #./ ! 2)