魚洞峽水庫實驗?zāi)Ｐ脱芯?/h1>
2012-04-29 00:00:00張開玉
科技與生活 2012年2期
摘#8195;要 通過對魚洞峽水庫工程水工模型試驗方案分析，得出以下結(jié)論：溢流表孔在各級流量下，泄流能力均能滿足設(shè)計要求。各級流量下溢流表孔左孔水舌挑出鼻坎后，出現(xiàn)向左擴散擺動的現(xiàn)象，使得水舌在入水處緊靠左岸坡腳，根據(jù)試驗測出的下游河床不設(shè)二道壩的沖坑深度，考慮在下游河床設(shè)置二道壩，增加下游沖坑內(nèi)水墊塘的水體厚度，更好的對下泄水流進行消能，從而降低下游沖刷坑的深度，減小右岸坡下切深度。
關(guān)鍵詞 模型試驗；溢流堰面；水力特性
中圖分類號 TV 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0207-01
魚洞峽水庫工程任務(wù)是以城市生活及工業(yè)供水為主，兼顧保留原有小水庫的灌溉、人飲功能。本工程的水力學模型試驗根據(jù)設(shè)計要求在已確定的樞紐總體布置設(shè)計條件下，進行大壩溢流表孔的泄流能力試驗，同時研究下游消能防沖效果、下泄水流對兩岸的沖刷。
1 試驗測試內(nèi)容
1.1 溢流表孔
1）水庫庫區(qū)流態(tài)及對拱壩溢流的影響。
2）泄流能力及溢流堰面壓力、流速、水深等水力特性。
3）各洪水頻率挑流水舌水面線，及對下游的沖刷、淤積情況。
1.2 模型設(shè)計與制作
求按重力相似設(shè)計，結(jié)合試驗場地、循環(huán)水的供水條件和目前的量測手段，在滿足試驗要求的前提下，經(jīng)反復比較，選定本項目水工模型的幾何比尺Lr=1：50。上游庫區(qū)地形取壩址以上150 m，庫區(qū)地形高程模擬至1#8198;080.00 m，壩下游地形取250 m左右，地形高程模擬至1#8198;040.0 m，按貴陽市魚洞峽水庫工程壩址地形圖1：500制作。模型地形部分采用斷面板法控制水泥砂漿抹制。溢流表孔按設(shè)計部門提供的設(shè)計圖及文件進行模型設(shè)計圖繪制并制模。壩體用樣板控制，磚砌、水泥砂漿抹制而成，其高程誤差控制在±2 mm，底孔用柏木制作。平面誤差控制在±10 mm。溢流堰面按溢流曲線用樣板控制，采用水泥砂漿刮制，邊墩用水泥制作，其高程誤差控制在±0.3 mm，平面誤差控制在±2 mm。動床試驗對下游基巖采用散粒體模擬采用設(shè)計提供的不沖流速10 m/s，在試驗中按此不沖流速選擇模型沙（粒徑為4 cm～8 cm）進行沖刷試驗。
2 方案試驗
2.1 庫區(qū)及溢流壩面流態(tài)
由于溢流堰前庫區(qū)地形為呈“V”形的峽谷，無突變地形河谷較為順直，故各級流量下，庫區(qū)水面平靜，水流平穩(wěn)。
在左邊孔左側(cè)附近設(shè)置有閘門井及取水口，閘門井前緣距左邊墩外側(cè)邊緣約0.7 m，距離較小，各級流量下，水流經(jīng)過閘門井后，未改變行進方向，較為平順的沿著左邊墩的邊墻下泄，左孔內(nèi)水流流態(tài)受閘門井的影響較小，各級流量下，其水深、流速成果見表1、表2。
2.2 泄流能力
試驗在各級流量下對溢流表孔的泄流能力進行了測試，當下泄流量達到401 m3/s（P=3.33.%），溢流表孔開度為2孔全開+1孔×0.75 m時，試驗庫水位為1075.31 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量達到設(shè)計流量471 m3/s（P=2%），溢流表孔開度為2孔全開+1孔×2.38 m時，試驗庫水位為1075.37 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；在三孔全開的工況下（P=0.5%及以上），流量系數(shù)隨著堰上水頭的增加而增大，當下泄流量為606 m3/s（P=0.5%）時，堰頂水頭7.29 m，流量系數(shù)達到最大為0.435，此時試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m；當下泄流量為校核流量684 m3/s時（P=0.2%），堰頂水頭7.29 m，流量系數(shù)為0.434，此時試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m；因此，該表孔泄流能力滿足設(shè)計要求。
2.3 動水壓力
試驗在溢流表孔中孔處布置6根測壓管， 溢流表孔在流量401m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471m3/s（P=2%）時為中孔閘門部分開啟，其余兩孔全開運行，高水位時為閘下孔口出流，孔口射流流速較大，故在該兩級流量下，中孔堰頂下游局部有微小的負壓存在，但均在規(guī)范的允許范圍內(nèi)，不致影響溢流堰的安全。各級流量下，最大動水壓力出現(xiàn)在反弧段最低點附近（即5#點），其值為7.52 mH2O。
2.4 下游流態(tài)及沖刷
溢流堰后接連續(xù)式挑坎，水流經(jīng)溢流表孔下泄后經(jīng)挑坎跌入下游河床，由于表孔對稱線在水流入水處偏向左岸，故使得各級流量下，下泄水舌向心集中偏向左岸。下泄水流入水后形成的涌浪，掏刷左岸坡腳，造成左岸坡坡腳下切深度比右岸坡腳大。
3 方案試驗評述
通過對貴陽市魚洞峽水庫工程水工模型試驗原方案試驗成果分析，得出以下結(jié)論。
1）溢流表孔在各級流量下，泄流能力均能滿足設(shè)計要求。當下泄流量達到401 m3/s（P=3.33.%），試驗庫水位為1#8198;075.31 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量達到設(shè)計流量471 m3/s（P=2%），試驗庫水位為1#8198;075.37 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量為校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m。
2）各級流量下溢流表孔左孔水舌挑出鼻坎后，出現(xiàn)向左擴散擺動的現(xiàn)象，使得水舌在入水處緊靠左岸坡腳，在0+050～0+075左岸坡范圍內(nèi)產(chǎn)生涌浪，水流流態(tài)較為混亂，在下泄流量401 m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471 m3/s（P=2%）兩級小流量下水舌未直接沖砸到左右岸坡；在校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，溢流表孔左孔出坎水舌向左岸擴散，造成在該級流量下，出坎擴散的水舌直接沖砸在左岸坡上，影響左岸坡的穩(wěn)定。
3）各級流量下，入水水舌均靠近左岸，在流量401 m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471 m3/s（P=2%）下，右岸坡腳無沖刷下切，左岸坡腳沖刷下切較明顯，在校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，下游最大沖刷坑深度8.36 m，左岸坡腳最大下切深度4.47 m，右岸坡腳最大下切深度0.75 m。
4）根據(jù)試驗測出的下游河床不設(shè)二道壩的沖坑深度，考慮在下游河床設(shè)置二道壩，增加下游沖坑內(nèi)水墊塘的水體厚度，更好的對下泄水流進行消能，從而降低下游沖刷坑的深度，減小右岸坡下切深度。
參考文獻
[1]李斌，郭增玉，夏旺民.三原西郊水庫降水試驗及數(shù)學模型研究[J].地下水，2005，06.
[2]黃燕宏.滲流及其對堤壩邊坡穩(wěn)定性影響的有限元模擬分析[D].華中科技大學，2006.
[3]藍奉水，盧現(xiàn)海，張忠華，周垂田.高噴板墻圍井抽水試驗滲流量計算[A].山東水利學會第八屆優(yōu)秀學術(shù)論文匯編[C].2003.
作者簡介
張開玉（1976—），男，漢族，籍貫：貴州安順，工程師，研究方向：水力結(jié)構(gòu)。
摘#8195;要 通過對魚洞峽水庫工程水工模型試驗方案分析，得出以下結(jié)論：溢流表孔在各級流量下，泄流能力均能滿足設(shè)計要求。各級流量下溢流表孔左孔水舌挑出鼻坎后，出現(xiàn)向左擴散擺動的現(xiàn)象，使得水舌在入水處緊靠左岸坡腳，根據(jù)試驗測出的下游河床不設(shè)二道壩的沖坑深度，考慮在下游河床設(shè)置二道壩，增加下游沖坑內(nèi)水墊塘的水體厚度，更好的對下泄水流進行消能，從而降低下游沖刷坑的深度，減小右岸坡下切深度。
關(guān)鍵詞 模型試驗；溢流堰面；水力特性
中圖分類號 TV 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0207-01
魚洞峽水庫工程任務(wù)是以城市生活及工業(yè)供水為主，兼顧保留原有小水庫的灌溉、人飲功能。本工程的水力學模型試驗根據(jù)設(shè)計要求在已確定的樞紐總體布置設(shè)計條件下，進行大壩溢流表孔的泄流能力試驗，同時研究下游消能防沖效果、下泄水流對兩岸的沖刷。
1 試驗測試內(nèi)容
1.1 溢流表孔
1）水庫庫區(qū)流態(tài)及對拱壩溢流的影響。
2）泄流能力及溢流堰面壓力、流速、水深等水力特性。
3）各洪水頻率挑流水舌水面線，及對下游的沖刷、淤積情況。
1.2 模型設(shè)計與制作
求按重力相似設(shè)計，結(jié)合試驗場地、循環(huán)水的供水條件和目前的量測手段，在滿足試驗要求的前提下，經(jīng)反復比較，選定本項目水工模型的幾何比尺Lr=1：50。上游庫區(qū)地形取壩址以上150 m，庫區(qū)地形高程模擬至1#8198;080.00 m，壩下游地形取250 m左右，地形高程模擬至1#8198;040.0 m，按貴陽市魚洞峽水庫工程壩址地形圖1：500制作。模型地形部分采用斷面板法控制水泥砂漿抹制。溢流表孔按設(shè)計部門提供的設(shè)計圖及文件進行模型設(shè)計圖繪制并制模。壩體用樣板控制，磚砌、水泥砂漿抹制而成，其高程誤差控制在±2 mm，底孔用柏木制作。平面誤差控制在±10 mm。溢流堰面按溢流曲線用樣板控制，采用水泥砂漿刮制，邊墩用水泥制作，其高程誤差控制在±0.3 mm，平面誤差控制在±2 mm。動床試驗對下游基巖采用散粒體模擬采用設(shè)計提供的不沖流速10 m/s，在試驗中按此不沖流速選擇模型沙（粒徑為4 cm～8 cm）進行沖刷試驗。
2 方案試驗
2.1 庫區(qū)及溢流壩面流態(tài)
由于溢流堰前庫區(qū)地形為呈“V”形的峽谷，無突變地形河谷較為順直，故各級流量下，庫區(qū)水面平靜，水流平穩(wěn)。
在左邊孔左側(cè)附近設(shè)置有閘門井及取水口，閘門井前緣距左邊墩外側(cè)邊緣約0.7 m，距離較小，各級流量下，水流經(jīng)過閘門井后，未改變行進方向，較為平順的沿著左邊墩的邊墻下泄，左孔內(nèi)水流流態(tài)受閘門井的影響較小，各級流量下，其水深、流速成果見表1、表2。
2.2 泄流能力
試驗在各級流量下對溢流表孔的泄流能力進行了測試，當下泄流量達到401 m3/s（P=3.33.%），溢流表孔開度為2孔全開+1孔×0.75 m時，試驗庫水位為1075.31 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量達到設(shè)計流量471 m3/s（P=2%），溢流表孔開度為2孔全開+1孔×2.38 m時，試驗庫水位為1075.37 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；在三孔全開的工況下（P=0.5%及以上），流量系數(shù)隨著堰上水頭的增加而增大，當下泄流量為606 m3/s（P=0.5%）時，堰頂水頭7.29 m，流量系數(shù)達到最大為0.435，此時試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m；當下泄流量為校核流量684 m3/s時（P=0.2%），堰頂水頭7.29 m，流量系數(shù)為0.434，此時試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m；因此，該表孔泄流能力滿足設(shè)計要求。
2.3 動水壓力
試驗在溢流表孔中孔處布置6根測壓管， 溢流表孔在流量401m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471m3/s（P=2%）時為中孔閘門部分開啟，其余兩孔全開運行，高水位時為閘下孔口出流，孔口射流流速較大，故在該兩級流量下，中孔堰頂下游局部有微小的負壓存在，但均在規(guī)范的允許范圍內(nèi)，不致影響溢流堰的安全。各級流量下，最大動水壓力出現(xiàn)在反弧段最低點附近（即5#點），其值為7.52 mH2O。
2.4 下游流態(tài)及沖刷
溢流堰后接連續(xù)式挑坎，水流經(jīng)溢流表孔下泄后經(jīng)挑坎跌入下游河床，由于表孔對稱線在水流入水處偏向左岸，故使得各級流量下，下泄水舌向心集中偏向左岸。下泄水流入水后形成的涌浪，掏刷左岸坡腳，造成左岸坡坡腳下切深度比右岸坡腳大。
3 方案試驗評述
通過對貴陽市魚洞峽水庫工程水工模型試驗原方案試驗成果分析，得出以下結(jié)論。
1）溢流表孔在各級流量下，泄流能力均能滿足設(shè)計要求。當下泄流量達到401 m3/s（P=3.33.%），試驗庫水位為1#8198;075.31 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量達到設(shè)計流量471 m3/s（P=2%），試驗庫水位為1#8198;075.37 m，比設(shè)計庫水位低0.09 m；當下泄流量為校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，試驗庫水位為1#8198;075.72 m，比設(shè)計庫水位低0.1 m。
2）各級流量下溢流表孔左孔水舌挑出鼻坎后，出現(xiàn)向左擴散擺動的現(xiàn)象，使得水舌在入水處緊靠左岸坡腳，在0+050～0+075左岸坡范圍內(nèi)產(chǎn)生涌浪，水流流態(tài)較為混亂，在下泄流量401 m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471 m3/s（P=2%）兩級小流量下水舌未直接沖砸到左右岸坡；在校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，溢流表孔左孔出坎水舌向左岸擴散，造成在該級流量下，出坎擴散的水舌直接沖砸在左岸坡上，影響左岸坡的穩(wěn)定。
3）各級流量下，入水水舌均靠近左岸，在流量401 m3/s（P=3.33%）及設(shè)計流量471 m3/s（P=2%）下，右岸坡腳無沖刷下切，左岸坡腳沖刷下切較明顯，在校核流量684 m3/s（P=0.2%）時，下游最大沖刷坑深度8.36 m，左岸坡腳最大下切深度4.47 m，右岸坡腳最大下切深度0.75 m。
4）根據(jù)試驗測出的下游河床不設(shè)二道壩的沖坑深度，考慮在下游河床設(shè)置二道壩，增加下游沖坑內(nèi)水墊塘的水體厚度，更好的對下泄水流進行消能，從而降低下游沖刷坑的深度，減小右岸坡下切深度。
參考文獻
[1]李斌，郭增玉，夏旺民.三原西郊水庫降水試驗及數(shù)學模型研究[J].地下水，2005，06.
[2]黃燕宏.滲流及其對堤壩邊坡穩(wěn)定性影響的有限元模擬分析[D].華中科技大學，2006.
[3]藍奉水，盧現(xiàn)海，張忠華，周垂田.高噴板墻圍井抽水試驗滲流量計算[A].山東水利學會第八屆優(yōu)秀學術(shù)論文匯編[C].2003.
作者簡介
張開玉（1976—），男，漢族，籍貫：貴州安順，工程師，研究方向：水力結(jié)構(gòu)。
