夾巖水利樞紐溢洪道優(yōu)化設(shè)計試驗研究

【摘要】對在建的夾巖水利樞紐溢洪道進(jìn)行原設(shè)計水工模型試驗，發(fā)現(xiàn)由于轉(zhuǎn)彎明渠的影響，下游河床沖刷嚴(yán)重，易引發(fā)電站出水口堵死風(fēng)險。為了使設(shè)計更加安全合理，通過溢洪道優(yōu)化方案水力學(xué)試驗，提出優(yōu)化建議。對消能效果、河床及岸坡沖刷情況進(jìn)行了評價。

【關(guān)鍵詞】溢洪道；水工模型試驗；優(yōu)化方案；水利樞紐

夾巖水利樞紐工程為Ⅰ等大⑴型工程，其附屬設(shè)施溢洪道可防洪水漫壩，危及大壩安全[1]。通過模型試驗，確定溢洪道主要水力特性，通過方案優(yōu)化比選確定了合理的設(shè)計方案。

二、測試儀器和設(shè)備

試驗流量、時均動水壓力、水位及水面線分別用矩形量水堰、測壓管和測針量測。水流脈動壓力用微型脈動壓力傳感器和DH5923型動態(tài)數(shù)據(jù)系統(tǒng)。流速用旋槳流速儀和PRV。通氣孔風(fēng)速風(fēng)量用熱球式風(fēng)速儀。

三、試驗分析

1.原設(shè)計方案試驗

試驗表明，由于轉(zhuǎn)彎明渠的影響，水閘進(jìn)入閘室后有流量分配偏差及偏流現(xiàn)象，下游水舌入河對下游河床沖刷嚴(yán)重，且回沙淤積范圍廣，易引發(fā)電站出水口堵死風(fēng)險。

2.優(yōu)化方案試驗

（1）優(yōu)化布置方案一

為對比出閘水流水流分散、匯流、雍高、折沖等，試驗中將半圓形墩尾改為2/3橢圓形墩尾，橢圓曲線方程為 。

水流過閘室因墩尾繞流影響，墩后有一定區(qū)域的水流翅起，在墩后55m至60m處達(dá)到水流均化，區(qū)域正常泄流形態(tài)，閘室后水流改善效果不佳。

試驗表明方案一水流改善效果不佳，未能達(dá)到了優(yōu)化修改預(yù)期。

（2）優(yōu)化布置方案二

試驗表明將半圓形墩尾改為半橢圓型墩尾，水流未見改善，且有更為惡化趨勢，試驗中將墩尾改為漸變?nèi)切味瘴玻切味瘴哺?0m，底部長4.5m，頂部長1.5m。

試驗表明水流改善效果不佳，水冠高度增加，擺動幅度增大，偶有水流溢出邊墻現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化布置方案三

試驗中將墩尾改為細(xì)長漸變?nèi)切味瘴?，三角形墩尾?0m，底部長7.5m，頂部長2.41m，三角尾部退坡選用1：2。

試驗表明水流改善效果不佳，水冠高度雖較優(yōu)化方案四有所改善，但依然很高，擺動幅度較大，偶有水流溢出邊墻。

（4）優(yōu)化布置方案四

擬在反弧尾部左側(cè)邊墻，加貼角，將貼角尾寬調(diào)整為50cm，坡比仍為1：10，擬進(jìn)一步對拋射水流進(jìn)行導(dǎo)向，使其偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向河中。試驗表明，該導(dǎo)向設(shè)施效果同樣不太明顯，沒有達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

（5）優(yōu)化布置方案五

在優(yōu)化修改方案四基礎(chǔ)上進(jìn)加大貼角，將貼角尾寬調(diào)整為100cm，坡比不變。試驗表明，該導(dǎo)向設(shè)施效果將側(cè)壁水流成功導(dǎo)向河中，較好地駛向了水流歸槽，達(dá)到預(yù)期結(jié)果。

3.優(yōu)選方案出口挑流特征對比分析

試驗觀察到溢洪道優(yōu)化布置五較好地實現(xiàn)了水流歸槽和遠(yuǎn)離本岸。水流入河形態(tài)較好，除射流邊界對本案坡腳存在一定沖刷外，不會沖砸兩岸岸坡。。

4 結(jié)論

（1）溢洪道優(yōu)化修改后閘孔上游明渠順直，閘孔上游來流較均勻。由于閘室閘墩頭部細(xì)長且墩頭距實用堰堰頂距離較長，水流流經(jīng)閘墩進(jìn)入閘室水流繞流平緩，水面銜接較順暢，未見異常流態(tài)；

（2）原設(shè)計的半圓形墩尾基本可行，水流穩(wěn)定未溢出邊墻，可直接采用；出口折射流各方案對比發(fā)現(xiàn)原設(shè)計的反弧挑坎，亦基本可行。

（3）優(yōu)選方案較好地解決了進(jìn)口轉(zhuǎn)彎明渠彎道影響，進(jìn)流平順穩(wěn)定，閘后及整個泄槽段水流相對平穩(wěn)，無溢出邊墻現(xiàn)象，下游水舌入河形態(tài)適中穩(wěn)定。

（4）溢洪道最終優(yōu)化方案較好解決了原設(shè)計方案缺陷，可為類似的工程設(shè)計提供指導(dǎo)。

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[3]趙雪萍，趙玉良，李松平.燕山水庫整體水工模型試驗研究[J].人民黃河，2009，31（9）：124-125.

第一作者簡介：段周平（1988-），男，四川瀘州人，工程師，碩士，研究方向：水工建筑物設(shè)計理論及健康診斷。

第二作者簡介：盧萍（1991-），女，四川廣安人，助理工程師，碩士，主要從事邊坡工程研究與設(shè)計。