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水 利 学 报

２０２５年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０２ － ０１５９ － １２

长距离输水工程竖井式高位水池水力特性研究

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刘 达 １，２ ，黄本胜 １，２ ，李 明 １，２ ，张建民 ，张力方 ，邱 静 １，２
（１．广东省水利水电科学研究院，广东 广州 ５１０６３５；２．广东省水动力学应用研究重点实验室，广东 广州 ５１０６３５；
３．四川大学 山区河流保护与治理全国重点实验室，四川 成都 ６１００６５）

摘要：鲤鱼洲竖井式高位水池位于珠江三角洲水资源配置工程输水干线的起点，其承担着水流消能衔接和提供输
水水头的作用。当高位水池内出现自由跌流时，竖井内易出现水流掺气，增加下游输水管道进气的风险。为此开
展了 １∶１０比尺的物理模型试验和数值模拟分析，研究高位水池内的水流掺气规律和水流流态，同时结合气泡运
动过程分析推导了掺气影响范围长度的半理论半经验公式，并在此基础上提出减少水流掺气的工程措施。研究结
果表明，在自由跌流的作用下，高位水池内水体存在掺气区、过渡区和低扰动区的明显分层，掺气浓度在掺气区
与低扰动区基本不随水深的变化而变化，在过渡区随水深增加而减小。掺气范围大小主要与跌流流量、水流落
差、竖井水体速度、溢流堰直径等因素有关。受工程条件的限制，鲤鱼洲高位水池的水流落差无法改变，因而采
取扩大竖井直径 １．６３倍与增设分流管的措施，结构优化后，竖井内掺气影响范围长度以及掺气浓度明显减小。
关键词：竖井；跌水；水流掺气；物理模型试验；数值模拟
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分
号
类
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１
１
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文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０５１４
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１ 研究背景
鲤鱼洲竖井式高位水池位于珠江三角洲水资源
配置工程输水干线的起点，主要由有压进水管、泵
站出水池、环形溢流堰、圆筒形竖井和有压出水管
组成，如图 １所示。图中 Ｄ、Ｄ、Δ Ｈ、Ｈ与 ｚ分
１ ２
别为溢流堰直径、竖井直径、水流落差、出水管上
方水深与运行水位。鲤鱼洲高位水池的作用相当于
一个超大型水 塔，水 流 由 高 位 水 池 出 流 后 全 程 约
４１ｋｍ依靠重力流输送到广州南沙高新沙水库；同
时，其承担着上游取水泵站出水与下游输水管道进
水之间的水流 消 能 衔 接 作 用，其 中 的 流 态 是 否 平
稳，对于下游输水管道的安全高效运行至关重要。
受下游水位以及上游取水流量变化的影响，鲤
鱼洲高位水池内存在自由跌流和淹没过流两种水流
衔接形式，水流落差在 ０～１８．８ｍ之间变化。自由
跌流的运行工况下，水流越过环形溢流堰后集中下 图 １ 鲤鱼洲竖井式高位水池原设计方案平剖面示意

收稿日期：２０２４ － ０８ － ０９；网络首发日期：２０２４ － １２ － ２７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１２２６．１４１２．００２
基金项目：广东省科技创新战略专项资金科研项目（ｇｄｓｋｙ２０２３ － ０３）；珠江三角洲水资源配置工程首批科研项目（ＷＷ２０１８２３０）
作者简介：刘达（ １９８１ － ），博士，教授级高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｇｄｓｋｙ＿ｌｉｕｄａ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ
通信作者：李明（１９９４ － ），硕士，工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉｍｉｎｇ＿ｇｄｓｋｙ＠ｏｕｔｌｏｏｋ．ｃｏｍ

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