南水北调中线十二里河渡槽水位波动特征

摘要

为解决沿线城市不断增加的用水需求，南水北调中线工程输水能力需提升。在大流量输水期间十二里河双孔渡槽内出现了间歇性水位超常波动现象，不但会使水体溢出渡槽而威胁工程安全，而且使下游钝体绕流阻力增加而导致渡槽输水能力降低。通过Flow-3D仿真平台，对不同输水流量下的三维流场进行数值模拟，重现渡槽下游旋涡脱落（卡门涡街现象），并利用等势流理论阐释了卡门涡街产生机理。在此基础上，利用离散傅里叶变换法，分析下游卡门涡街导致的渡槽内水位波动频谱、相位谱和幅值与输水流量之间的关系。结果表明：在常年水深范围内，渡槽内水位波动与下游旋涡脱落同频出现，且输水流量增加，渠内水位波动特征频率增加，小输水流量与加大输水流量水位波动周期相差约3.0 s；因绕流与来流发生动量交换与能量转换，水位波动幅值与输水流量满足正相关特性，加大输水流量下最大波动幅值约为0.9 m；在下游双排反对称旋涡脱落激励下，双孔渡槽内的水位波动相差半个周期。研究成果可为中线相似渡槽内水位波动特征分析提供理论参考及实践借鉴。

关键词

卡门涡街 / 傅里叶变换 / 频谱分析 / 水位波动 / 相位差 / 波动幅值