江巷水庫樞紐溢洪道總體布置研究

張 波

（水利水資源安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省·水利部淮河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

1 工程概況

江巷水庫位于安徽省滁州市定遠(yuǎn)縣境內(nèi)池河上游，江淮分水嶺北部，是一座以灌溉、供水為主、兼顧防洪等綜合利用水庫。江巷水庫總庫容為1.30 億m3，灌溉面積71.59 萬畝，樞紐工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。江巷水庫是駟馬山引江灌區(qū)的上游反調(diào)節(jié)水庫，為雙水源水庫，除攔蓄當(dāng)?shù)貜搅魍?，還結(jié)合駟馬山引江工程，提引長(zhǎng)江水源補(bǔ)充入庫。水庫建成后，為定遠(yuǎn)縣境內(nèi)提供生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)灌溉用水，年均供水量約2.41 億m3，通過水庫控制調(diào)度，結(jié)合下游河道整治，可將池河上段防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到20年一遇[1]。水庫樞紐工程主要建筑物有攔河壩、溢洪道、灌溉涵洞、生態(tài)放水設(shè)施等。

2 樞紐工程設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

江巷水庫攔河壩壩型為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程48.00m，最大壩高17.33m，壩頂長(zhǎng)度4900m，頂寬8.0m，上下游邊坡1∶3.0，大壩迎水面壩坡為混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，背水面為混凝土框格草皮護(hù)坡，背水面壩腳設(shè)置貼坡排水體。

溢洪道布置在池河右岸崗地，中心線樁號(hào)壩3+546。溢洪道的軸線與壩軸線垂直。控制段采用平底開敞式控制閘，底檻高程為40.2m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)20m。控制閘共12 孔，單孔凈寬8m，中墩厚1.5m，縫墩厚1.0m，閘室邊墩厚2.0m，閘室總寬度為118m。

溢洪道閘室下游出口經(jīng)2m 寬平段后以1∶4 的斜坡與第一級(jí)消力池連接，平面上底寬由114m 擴(kuò)大到126m，擴(kuò)散角8.17°。一級(jí)消力池池底高程36.0m，池長(zhǎng)41.8m。一級(jí)消力池出口為30m 長(zhǎng)混凝土過渡段，頂高程37.0m。過渡段下游壅水壩頂高程37.8m。二級(jí)消力池池底高程34.2m，池長(zhǎng)26m，池深0.5m。一、二級(jí)消力池及中間過渡段兩側(cè)均布置鋼筋混凝土懸臂擋墻，擋墻高5.4～7.0m。二級(jí)消力池后為長(zhǎng)50m 混凝土海漫，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)50m，底寬126m，底坡1∶100，護(hù)底高程由34.7m 漸變至34.2m；海漫末端布置防沖槽，槽深2.5m。防沖槽下游接尾水渠，尾水渠底寬126m，邊坡1∶3.0，底坡1∶1000。平面上尾水渠由長(zhǎng)20m 直段和中心線弧長(zhǎng)200m 的轉(zhuǎn)彎段組成，轉(zhuǎn)彎段中心線轉(zhuǎn)彎半徑700m，向左側(cè)轉(zhuǎn)角16.37°后與池河下游河道相接。

在溢洪道一、二級(jí)消力池間新建跨泄槽交通橋連接兩側(cè)道路，新建交通橋共計(jì)8 跨，單跨16m，橋面高程43.0m，橋面寬7.5m。

溢洪道出口河道拓寬修整治理長(zhǎng)度約610m，縱坡3/10000。河底設(shè)計(jì)高程在溢洪道尾水渠（樁號(hào)0+490）末端為34.2m。整治段河道底寬由126m 漸變至100m，河道兩側(cè)設(shè)計(jì)邊坡1∶3.0[2]。

江巷水庫特征洪水位及下泄流量見表1。樞紐平面布置示意圖見圖1。溢洪道設(shè)計(jì)方案和修改方案三剖面圖見圖2。

3 模型設(shè)計(jì)

為保證流態(tài)相似，上游模擬至溢洪道以上約0.60km，橫向模擬寬約0.85km。下游河道模擬至壩下約1.6km。本模型遵循重力相似準(zhǔn)則，并按幾何相似進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，采用正態(tài)模型，模型比尺為1∶80[3]。溢洪道采用有機(jī)玻璃或白果木制作，消力池、橋墩等建筑物采用塑料板制作。

表1 江巷水庫特征洪水位及下泄流量表

4 樞紐泄洪設(shè)施試驗(yàn)研究成果

4.1 設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果

溢洪道上游流態(tài)良好。一級(jí)消力池兩側(cè)在5年一遇洪水時(shí)有回流區(qū)，其他工況無回流區(qū)，一級(jí)消力池各工況下消能效果良好。二級(jí)消力池各工況下消能效果均不明顯。設(shè)計(jì)洪水、校核洪水時(shí)新建公路橋?qū)λ髀杂杏绊?。溢洪道上?-50 斷面，設(shè)計(jì)洪水時(shí)表面最大流速達(dá)1.7m/s，可能造成沖刷；下游河道底部水流流速較大，可能會(huì)對(duì)河道造成沖刷；江巷水庫工程尾水整治段長(zhǎng)約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴(yán)重。

4.2 修改方案一試驗(yàn)成果

因設(shè)計(jì)方案消力池消能效果不理想，修改方案一即對(duì)消力池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改。消力池底高程從36.0m 降為34.2m；池底長(zhǎng)度由25.0m，加長(zhǎng)為26.0m；消力池前斜坡由16.8m 加長(zhǎng)為24.0m，消力池兩側(cè)擋墻擴(kuò)散角增至10.62°；取消二級(jí)消力池；一級(jí)消力池海漫高程降為35.8m；公路橋橋面高程為43.5m；公路橋橋后為長(zhǎng)70m、i=0.02 的斜坡至防沖槽。上游拋石防沖槽上游增加長(zhǎng)為26.5m 的C20混凝土護(hù)坦。

該方案消力池消能效果較設(shè)計(jì)方案有一定改善，但各工況下（除校核洪水時(shí)）消力池左右兩側(cè)均有直徑約為10m 的漩渦，不利于消力池消能效果的發(fā)揮。5年一遇和20年一遇洪水時(shí)，公路橋至0+200 斷面右側(cè)有一回流區(qū)。5年一遇洪水時(shí)，水流出消力池后跌落，水流與下游銜接不暢，下游河道水流垂向流速分布有所改善，但底部流速仍較大。

4.3 修改方案二試驗(yàn)成果

修改方案二在修改方案一的基礎(chǔ)上，將消力池池底高程進(jìn)一步降低至32.2m，消力池與溢洪道底板仍按1∶4 的坡相接，消力池長(zhǎng)度加長(zhǎng)至36.0m；在消力池前增設(shè)一排高為1.0m，寬為1.2m，間距為1.0m 的消力墩。尾坎高程34.2m，與下游河道高程保持一致；公路橋橋墩與尾坎的距離仍保持為4.0m。消力池邊墻右側(cè)與溢洪道右邊孔邊墻一致，左側(cè)與生態(tài)放水閘邊墻一致。消力池尾坎后，邊墻向兩邊擴(kuò)散，角度與修改方案一一致。

該方案消力池消能效果較修改方案一有進(jìn)一步改善，除5年一遇和20年一遇洪水時(shí)消力池左側(cè)仍有直徑約10m 的回流區(qū)外，其他工況消力池消能效果良好。下游河道水流流速垂向分布良好，表面流速大于底部流速，但設(shè)計(jì)洪水時(shí)，防沖槽處表面最大流速達(dá)2.35m/s，底部最大流速達(dá)2.18m/s，仍會(huì)造成沖刷。

圖1 江巷水庫樞紐平面布置示意圖

圖2 江巷水庫溢洪道設(shè)計(jì)方案和修改方案三剖面圖

4.4 修改方案三試驗(yàn)成果

修改方案三將弧形閘門改為平板閘門。消力池邊墻的擴(kuò)散角縮小為4.723°；消力池底高程保持32.2m 不變；池前以1∶4 的坡與溢洪道底板相接，斜坡段長(zhǎng)32.0m；池底長(zhǎng)32.0m，尾坎高程為34.2m，與公路橋底板高程一致；消力墩布置與修改方案二一致；公路橋后以i=0.02667 的斜坡與防沖槽相接，防沖槽底高程為33.0m；防沖槽后40m 為直線段，之后以i=1/600 的斜坡與池河河槽相接。尾水整治段長(zhǎng)約610m，底寬由126m 漸變?yōu)?00m，兩側(cè)岸坡為1∶3，堤頂高程為39.5m。生態(tài)放水閘與溢洪道出流分開。

該方案各工況下消力池兩側(cè)回流區(qū)基本消失，消力池消能效果良好。水流出消力池后無明顯跌落。防沖槽流速較其他方案減小，設(shè)計(jì)洪水時(shí)，防沖槽處表面最大流速達(dá)1.98m/s，底部最大流速達(dá)1.81m/s，下游河道沖刷壓力減輕，但仍可能造成沖刷。建議加強(qiáng)下游河道防沖措施。各工況下，0+600 斷面右岸流速均較大，設(shè)計(jì)洪水時(shí)達(dá)1.29m/s，易對(duì)岸坡造成沖刷。建議對(duì)尾水整治段0+400 斷面以下右岸加強(qiáng)護(hù)砌。江巷水庫工程尾水整治段長(zhǎng)約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故遭遇大洪水時(shí)，尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴(yán)重。建議對(duì)池河老河道進(jìn)行整治。

5 結(jié)論與建議

（1）設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時(shí)，溢洪道泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。溢洪道上游流態(tài)良好。一級(jí)消力池兩側(cè)在5年一遇洪水時(shí)有回流區(qū)。下游河道除0+600 處在低水位時(shí)有小范圍回流外，其他無明顯不良流態(tài)。一級(jí)消力池各工況下消能效果良好，二級(jí)消力池各工況下消能效果均不明顯。

（2）修改方案一：消力池消能效果較設(shè)計(jì)方案有一定改善，但各工況下（除校核洪水時(shí)）消力池左右兩側(cè)均有直徑約為10m 的漩渦，不利于消力池消能效果的發(fā)揮。5年一遇洪水時(shí)，水流出消力池后跌落，水流與下游銜接不暢，下游河道水流垂向流速分布較設(shè)計(jì)方案有所改善，但底部流速仍較大。

（3）修改方案二：較修改方案一消力池消能效果進(jìn)一步改善，除5年一遇洪水，20年一遇洪水時(shí)消力池左側(cè)仍有直徑約10m 的回流區(qū)外，其他工況消力池消能效果良好。

（4）修改方案三：①設(shè)計(jì)洪水和校核洪水溢洪道泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。消力池兩側(cè)回流區(qū)基本消失，消力池消能效果良好。②水流出消力池后無明顯跌落。防沖槽流速較其他方案減小，設(shè)計(jì)洪水時(shí)，防沖槽處表面最大流速達(dá)1.98m/s，底部最大流速達(dá)1.81m/s。下游河道沖刷壓力減輕，但仍可能造成沖刷，建議加強(qiáng)下游河道防沖措施。③各工況下，0+600 斷面右岸流速均較大，設(shè)計(jì)洪水時(shí)達(dá)1.29m/s，易對(duì)岸坡造成沖刷。建議對(duì)尾水整治段0+400 斷面以下右岸加強(qiáng)護(hù)砌。④江巷水庫工程尾水整治段長(zhǎng)約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故遭遇大洪水時(shí)，尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴(yán)重。建議對(duì)池河老河道進(jìn)行整治■