供水控制系统主要由智能水泵机组、水箱、上游液位传感器、电磁流量计、溢流管及智能监控阀门组成。其中，电磁流量计和上游液位传感器主要将监测流量、水位信息上传至智能水泵机组，后者依据数据信息实时进行自我调控，并同时对智能监控阀门作出开度调控指令，以控制输水流量及上游水箱水位，满足闸前试验水位需求。流道系统包含连接上游水箱的流道和布置于流道出口处的门槽，主要作用是承接上游水流及支撑闸门。通过设计螺钉连接的支撑板，门槽在顺水流方向的宽度可调，便于各种比尺和厚度的闸门运行，满足多种实验工况需求。

 

闸门控制系统由闸门启闭机构、闸门排架、闸门动力总成、步进电机、减速机、编码器、手摇柄、门叶和压力传感器等组成。其中，闸门排架固定于门槽两机电墎子上，排架横梁中心位置吊装闸门动力总成并用钢丝绳轮连接闸门门叶，通过安装于尾水池一侧的智能控制柜调控闸门开度，保证闸门安全运行。模型设计中闸门的门叶与闸门动力总成系统通过钢丝绳相连接，承受闸门的全部启闭力。门叶的底主梁腹板与中纵梁连接设计为一个整体，不与面板固定连接，通过中纵梁的导槽螺栓连接，调整螺栓位置可无级调控底主梁高度，适用于不同工况条件下平面闸门水力特性试验研究。底主梁翼缘通过螺钉安装于底主梁腹板上，调整螺钉于底主梁腹板上的位置，改变底主梁翼缘的相对高度，便于调整不同门底角度。底纵梁腹板和底纵梁翼缘均可通过螺钉固定安装，底纵梁翼缘的安装角度根据底主梁腹板和底主梁翼缘的相对位置关系进行不同角度的调整。但不仅限于此，闸门的结构以及安装结构可根据试验需要进行平面闸门的具体结构调整。

 

尾水控制系统主要包括设置在尾水池下游侧的溢流堰板，以及与溢流堰板驱动连接的溢流堰启闭机构。其中，溢流堰启闭机构固定于尾水池排水口处，结构组成包括布置于尾水池外的智能控制柜Ⅱ和溢流堰动力总成。溢流堰动力总成通过螺栓固定安装于溢流堰排架横梁中心处，并与活动嵌设在排水口上的溢流堰板通过钢丝绳轮驱动连接。试验过程中，为满足下游尾水池水位要求，可通过智能控制柜Ⅱ对溢流堰动力总成进行调控，进而控制溢流堰板的相对开度，满足闸后试验水位要求。

 

监测系统由智能控制柜、电磁流量计、上下游液位传感器和安装于门叶不同位置处的压力传感器系统组成。其中，压力传感器固定安装于闸门主梁、次梁、迎水面、背水面等不同位置，可根据试验需求改变压力传感器在不同工况下的测流频率，提高试验可靠性的同时丰富试验数据。上、下游液位传感器分别安装于上游水箱内壁稳水管和闸门旁侧尾水池内壁的稳水管内，监测闸门不同开度、不同流量条件下的水位信息，并将监测水位数据信息实时上传至智能水泵机组以调控流量的大小。智能控制柜固定于尾水池外墙壁一侧，通过显示屏的闸门开度信息、上下游水位信息，实时对闸门开度、溢流堰板开度及水位信息进行调控。试验模型系统，见图1。

 

试验模型按照重力相似准则设计，采用正态整体模型，长度比尺为1∶10。闸门、门槽、门叶及流道等水工建筑物采用有机玻璃制作，模型边墙、库区、下游河道、尾水池等采用红砖砌筑，铺设防水面料，混凝土抹面模拟，通过施工工艺控制试验模型与原型的阻力相似。试验模型采用智能水泵机组和闸阀控制流量，电磁流量计和上下游液位传感器监测流量及水位，智能监控阀门和尾水溢流堰板调控水位。

 

试验模型整体设计、制作安装、量测仪器和测试方法等依据《水工(常规)模型试验规程》(SL155－2013)要求执行。

 

2试验机理

试验前调整试验系统初始状态，打开智能控制柜调控闸门控制系统，运用闸门启闭机构将闸门调至固定开度，设定尾水控制系统中溢流堰板角度为初始零状态，智能监控阀门全关状态，检测压力传感器、电磁流量计等监测系统元件的工作状态后进行试验。

 

试验时shou先启动智能水泵机组将水引入上游水箱，同时记录输水管上电磁流量计监测输水流量值及上游水位传感器监测水位值。水流通过流道系统经闸门进入尾水池内，待尾水池充满水后通过下游尾水控制系统下泄至回水池。

 

试验过程中，溢流堰板角度可根据下游液位传感器监测水位值实时进行调控。当水流流经闸门控制系统和尾水控制系统时，如未满足试验要求，则调控智能控制柜，通过溢流堰启闭机构改变溢流堰板的相对开度，满足上游水位和下游水位的试验要求，并记录初始稳定状态下的试验数据。智能水泵机组依据上、下游液位传感器监测的水位值及电磁流量计监测值实时调控流量大小及水箱内智能监控阀门相对开度，同时满足在不同上下游水位、不同闸门开度的多种工况条件下不同流量及水位需求，实现全渠联动、协同调水。待水流稳定后，设定安装在门叶主梁等不同位置的压力传感器的监测时间及测流频率，记录和存储验数据，研究闸门在不同工况下动水启闭的水力特性规律。

 

3总结

(1)本模型为模拟贯流式机组水电站尾水事故闸门动水启闭规律设计，其优点在于调控试验模型的系统组成结构，可形成全渠联动控制系统，协同调水，且运用电磁流量计、压力传感器等高精度测量仪器，降低人工读取试验数据造成的误差，为后期试验数据分析提供有力保障。

(2)通过水工模型试验研究，对电站尾水事故闸门在设计中存在的问题提出相应的解决措施及优化方案，为下一阶段的设计选型奠定了基础。