摘要：南水北调中线工程是我国实现国土、水资源和人口及社会经济优化配置的战略性跨流域供水工程。工程2014年12月12日正式通水以来，已累计供水 112.87 亿m3。（截止2017底）及5310 万人口。通过优化调度实现了对黄淮海平原多条河流的生态补水。本文以南水北调中线干线卫辉管理处所辖渠道倒虹吸为例。通过具体的工程实例，阐述了在大流量输水工况下倒虹吸流态异常问题的处置方法，探讨了流态异常产生的原因。
关键词：问题、大流量输水、分析、处置过程、
卫辉管理处所辖共3个倒虹吸控制闸、1个倒虹吸节制闸。分别为：山庄河倒虹吸控制闸、十里河倒虹吸控制闸、香泉河倒虹吸节制闸、沧河倒虹吸控制闸。均为三孔一联箱涵式倒虹吸。倒虹吸节制闸按照闸前常水位工况控制，控制闸为闸门全开状态。
一、问题提出
自通水以来，卫辉段渠道流量大部分时段维持在80~100m3/s。目前进入大流量输水工况，总干渠流量在180~210m3/s，已接近设计流量250m3/s。
大流量输水期间，在巡检中发现十里河、山庄河倒虹吸出口出现流态异常。
出口闸室内水位相比较其它同类型同工况的控制闸（沧河倒虹吸）波动较大。其中，倒虹吸中孔出口出现周期性异常水声及涌浪。进口闸墩两侧出现周期性旋涡。观察该旋涡有别于其它闸孔的旋涡形态。
二、初步分析
经过现场观察和比较其他类似倒虹吸控制闸。例如，沧河控制闸出口为淹没出流状态，出口流态则平稳，无异常水声和涌浪。因此，初步分析认为出现流态异常的主要原因是：倒虹吸控制闸出口出现了明满流交替现象。即出口孔口段处于非淹没出流和淹没出流交替的工况。
三、问题处置过程
卫辉管理处调度科发现在总干渠大流量输水工况下，十里河、山庄河倒虹吸出口流态异常后，处领导高度重视。组织调度科人员多次到现场排查，并持续观察该渠段水位、流量及流态情况。
调度科向分调领导做了专题汇报。建议：十里河、山庄河控制闸的闸门降落到水面一下，在不影响过流能力的前提下，适当壅高倒虹吸出口水位使倒虹吸出口水位满足淹没出流的条件。
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在程德虎总工的关心和分调中心的指导下。2018年5月17日我处收到分调电话通知同意我处建议。首先对十里河控制闸中孔（2号闸门）进行调试。卫辉管理处立即安排调度科组织实施。实施过程如下：
(1)倒虹吸进口配置2人。负责观察水位变化。
(2)闸室3人负责闸门操作和观察出口水位变化。
(3)中控室值班人员密切关注闸室过流流量变化。
(4)分步实施闸门下调。在闸门下沿接触水面以后，每次下调10~20cm。每次下调间隔20分钟。密切观察上下游水位情况及水流流态变化。
经过多次下调闸门后，在闸门入水60~80cm时，出口流态趋于平稳，水流异响消失。倒虹吸进口、出口水位没有明显变化，过闸流量保持不变。进口旋涡明显变小出现的频率降低。经过多天持续观察，出口流态恢复正常。
在取得十里河倒虹吸处置成果和经验的基础上。请示分调同意后，按照相同的方案对山庄河倒虹吸进行了整改。目前上述两个倒虹吸流态正常，涌浪及异响水声消失。
四、结束语
在出口流态异常的工况下，势必影响倒虹吸过流能力（闸门全开按照有压流短管考虑）。当闸门入水情况选，虽然闸门入水有一定挡水的作用（按照底坎水平的宽顶堰型闸孔出流考虑）。但是，改善了出口的水力条件，流态平稳反而以利于提高倒虹吸过流能力。这也就是现场观察到的在闸门入水的情况下上下游水位和过闸流量几乎没有变化的原因。
在大流量输水工况下，卫辉处所辖倒虹吸控制闸流态异常从问题发现、原因分析、处置方案的拟定到组织实施得到了各级的领导的充分重视。在河南分调中心的指导和调度下，使大流量输水工况下倒虹吸流态异常问题得到了及时的处置。该处置方案在总干渠河南段存在类似问题的倒虹吸控制闸得到推广应用，效果良好。建议如下：
(1)对现有的输水调度规范经行必要的修订。增加渠道倒虹吸控制闸输水运行的相关条款。要求倒虹吸出口控制闸在满足进出口水位基本不变和过闸流量不变的前提下，不宜长期处于明满流交替状态，对流态异常、水声、涌浪较大的现象应采取必要的措施。宜采取闸门适当入水以壅高倒虹吸出口水位，保持倒虹吸出口处于淹没出流工况。
(2)邀请水力学方面的专家开展专题研究，搞清楚为何倒虹吸控制闸中孔出现严重的流态异常而边孔流态相对正常。结合具体生产实践，推动我国大断面长距离渠道输水水力学的发展。
参考文献：
[1]吴持恭等编著高等学校教材《水力学》高等教育出版社
[2]武汉水利电力学院水力学教研室《水力计算手册》水利水电出版社
[3]灌区水工建筑物丛书《倒虹吸管》水利电力出版社
论文作者:李博阳
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/9/29
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