□趙 寧 □霍鶴飛 □路 陽（黃河勘測規(guī)劃設計有限公司）

1 工程概況

科克塔斯水庫位于伊寧市北部的匹里青河出山口水文站上游0.50km處，水庫距伊寧市約30km，水庫由混凝土面板堆石壩、溢洪道、泄洪洞、引水發(fā)電洞、灌溉洞及電站廠房等建筑物組成，水庫總庫容4613萬m3，最大壩高88m，是一座以鄉(xiāng)鎮(zhèn)、工業(yè)供水、農業(yè)灌溉為主，兼顧防洪和發(fā)電等綜合利用的中型水利樞紐工程。

側槽溢洪道由側槽段、調整段、泄槽段、消能段四部分組成。

側槽段（溢0+000.00～溢0+045.00）位于右壩肩上游側，堰采用開敞式無閘門控制WES型實用堰，堰前底板高程958.00m，堰寬45.00m，堰頂高程961.00m。側槽與溢流堰夾角90°，槽身為梯形斷面，靠山側坡度為1:0.50，溢流堰側坡度1:0.70，側堰底寬從槽首端4.00m漸變至槽末端處的6.00m，側槽底坡為1:0.04，槽首端底板高程954.80m，槽末端底板高程953.00m。

調整段（溢0+045.00～溢0+065.00）底板高程953.00m，凈寬6m，兩側墻頂高964.00m。

泄槽段（溢0+065.00～溢0+367.00）凈寬6m，在泄槽溢0+108.00m～溢0+116.00m上部設置交通橋，橋面寬7m，橋面高程964.00m，與壩頂道路相接。泄槽段總長302m，前90m底坡1:20，后212m底坡1:3.80。

消能段（溢0+367.00～溢0+380.00），消能段采用與泄槽等寬的連續(xù)式挑坎消能，消能段長13m，鼻坎頂高程為892.71m，反弧半徑為15m，挑射角為25°，水流直接挑入匹里青河。

2 水力學計算

2.1 溢洪道泄流能力計算

溢洪道側堰凈寬45.00m，WES型實用堰，按式1計算泄流能力：

式中：B—溢流堰總凈寬，m；

H0—計入行進流速水頭的堰上總水頭，m；

c—上游堰坡影響系數；

m—流量系數；

ε—閘墩側收縮系數。經計算，設計水位961.59m時，溢洪道泄流能力為39.75m3/s，校核洪水位962.63m時，溢洪道泄流能力為211.14m3/s。

2.2 側槽水面線計算

式中：△x—計算段長度，斷面2與斷面1之間的距離，m；

△y—△x內水面差，m；

Q1、Q2—斷面 1 及斷面 2 的流量，m3/s；

q—側槽溢流堰單寬流量，m2/s；

v1、v2—斷面1及斷面2的水流平均流速，m/s；

以過水斷面最低點為基準面的斷面總水頭：

在側槽水面線計算時，以側槽末端0+045斷面為起始計算斷面，其水深根據能量方程式(4)與泄槽首端0+065斷面臨界水深式(3)聯立方程，求得校核水位962.63m泄洪工況下，泄槽首端0+065斷面臨界水深為hk=5.02m，側槽末端水深為he=7.38m，側槽水面線按式(2)計算。

側槽首、末端底寬bu/be=4/6=0.677，he/hk=1.47。

而根據其他參考資料，he=nhk，系數n值見表1。

表1 系數n值表

根據bu/be=4/6=0.677，選取n=1.30，he=6.53m，本工程側槽末端水深采用7.38m值，這樣更利于實際工程中側槽水流流出。

2.3 泄槽水面線計算

溢洪道泄槽水流屬恒定非均勻流，水面線采用分段求和法公式計算：

式中：△L—計算流段長度，m；

Esd—分段下游斷面的斷面比能，m；

Esu—分段上游斷面的斷面比能，m；

i—泄槽段縱坡。

泄槽水面線計算成果見表2。

表2 溢洪道校核、設計洪水位泄洪水面線計算結果表

2.4 挑流消能計算

溢洪道出口位于壩下游右岸溝口，下游采用挑流消能，消能段長13m，鼻坎頂高程為892.71m，反弧半徑為15m，挑射角為25°，水流直接挑入匹里青河。

挑流射程及沖刷計算根據，《溢洪道設計規(guī)范》（SL253-2000）公式計算：

式中：L-自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m;

v-鼻坎坎頂水面流速，m/s,可按鼻坎處平均流速的1.1倍計算；

θ-挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，（°）；

h1-調流鼻坎末端法向水深，m；

h2-鼻坎坎頂至下游河床高程差，m；

T-自下游水面至坑底最大水墊深度，m;

q-鼻坎末端斷面單寬流量，m3/（s.m）;

Z-上、下游水位差，m;

k-綜合沖刷系數，參見規(guī)范表A.4.2，取1.3；

g- 重力加速度，9.81m/s2。

根據挑流計算結果，設計工況下挑距37.80m，沖坑深度7.13m，沖刷坑上游坡度為1:5.30；校核工況下挑距86.17m，沖坑深度20.29m，沖刷坑上游坡度為1:4.25。根據本工程地質情況，限定沖刷坡度ik為1:30，沖刷坑上游坡度均滿足規(guī)范要求。

3 結語

側槽溢洪道的水流條件比較復雜，尤其是過堰水流進入側槽后，形成橫向漩渦，同時側槽內沿流程流量不斷增加，漩滾強度也不斷變化，水流紊動和撞擊都很強烈，水面極不平穩(wěn)。而側槽又多是在壩頭山坡上劈山開挖的深槽，其運行情況直接關系到大壩的安全，針對具體工程，側槽溢洪道應該通過水力模型試驗來確定水面線。文章通過多種方法計算側槽溢洪道水面線，比較后認為，對于某些小工程，側槽末端的水深采用能量方程與泄槽首端斷面臨界水深聯立求解的結果，這樣更利于實際工程中側槽水流流出。

[1]李煒，等.水力學計算手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2006,（02）.