城门洞型输水隧洞明满流计算与试验

无压输水隧洞中受到闸门启闭而引起的明满交替流水力瞬变现象，通常会造成洞内的压力剧增，对工程安全运行造成威胁。为了探究城门洞型隧洞的明满交替流和明流过渡过程，实测了模型隧洞沿线断面水深或压力变化曲线，基于窄缝法原理，使用扩散法对实测工况进行数值模拟计算，将实测数据与计算结果进行了对比分析。研究表明：在下游初始水深逼近城门洞直墙高时，下游闸门突然关闭后，在大来流量下管路中出现压力瞬间陡增的完全明满流现象，水流向上游传播并伴随剧烈的掺气，在小来流量下表现为不掺气压力突升的临界明满交替流，回波造成二次压力剧增，断面压力达到峰值。窄缝扩散法对于从明流完全转化成满流的明满流过渡过程模拟效果较好，而对于临界明满流的模拟有较大的误差。无压流水力过渡过程数值模拟计算结果与实测值基本一致，反映了明渠水力过渡过程数学模型的合理性。研究成果可为深入研究这一复杂水力现象提供借鉴和参考。