徐運(yùn)海,郝曉輝,何文龍
(1.山東省水利科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250014;2.東明黃河河務(wù)局,山東 東明 274500)
高密市王吳水庫溢洪道消能工試驗(yàn)研究
徐運(yùn)海1,郝曉輝1,何文龍2
(1.山東省水利科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250014;2.東明黃河河務(wù)局,山東 東明 274500)
【摘要】王吳水庫溢洪道控制段分為西、東溢洪閘兩部分,兩閘之間為一臺(tái)地。模型試驗(yàn)中將溢洪道調(diào)整為二級(jí)消能,即恢復(fù)西閘后一級(jí)消力池,二級(jí)消力池水平段延長5m,并延長中心導(dǎo)流墻,泄槽增設(shè)橫比降。水工模型試驗(yàn)表明,采用上述措施水流流態(tài)得到明顯改善,消能效率增加。
【關(guān)鍵詞】王吳水庫;溢洪道;消能工;試驗(yàn)研究
王吳水庫位于高密市柏城鎮(zhèn)褚家王吳村南的膠河中上游,樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、放水洞和水電站組成,是一座以防洪為主,兼顧灌溉、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。王吳水庫溢洪道位于副壩左側(cè),由進(jìn)口渠、控制段、泄槽段、消能段和出水渠5部分組成。控制段分為西溢洪閘和東溢洪閘2部分,2個(gè)溢洪閘之間為一臺(tái)地,二者于樁號(hào)0+105處交匯。
王吳水庫溢洪道消能工選用底流消能型式。溢洪道東、西溢洪閘閘室各設(shè)置 3孔閘,東閘閘底板高程46.5m,堰頂高程47.0m;西閘閘底板頂高程為48.0m。閘室布置在0+000~0+019.5段,消力池位于0+360~0+396段,設(shè)計(jì)水平段長21m,池深2.0m,水平段上游設(shè)1∶4的斜坡,寬度為40m。泄槽采用梯形斷面,底寬由33m漸變至50.5m,并在樁號(hào)0+100處與東閘泄槽匯合,匯合后泄槽底寬101m。泄槽左岸0+144~0+270段平面上呈圓弧狀,轉(zhuǎn)彎半徑131m,轉(zhuǎn)角49°;右岸0+ 050~0+210段平面上呈圓弧狀,轉(zhuǎn)彎半徑221m,轉(zhuǎn)角49.6°。泄槽寬由樁號(hào)0+100的101m漸變至樁號(hào)0+270的40.0m,樁號(hào)0+270以下等寬。
按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)模型,試驗(yàn)范圍為溢洪道整體,試驗(yàn)?zāi)P蛶缀伪瘸?∶40,正態(tài)。水位采用水位測(cè)針測(cè)量,流量采用矩形薄壁堰測(cè)量,流速采用多功能智能流速儀測(cè)量;脈動(dòng)壓力采用中國水科院的DJ800型多功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量。
試驗(yàn)內(nèi)容主要是驗(yàn)證溢洪道水閘及泄槽的過流能力,提供水流流態(tài)及消能情況、渲泄各標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)水流流態(tài);提供泄槽和出水渠水位~流量關(guān)系曲線,消力池底板及邊墻的脈動(dòng)壓力試驗(yàn),確定池底合理的排水型式;通過試驗(yàn),確定消力池最佳位置、型式、尺寸等。提供水閘不同開度、水位的水位流量關(guān)系,以便管理單位調(diào)度使用。
設(shè)計(jì)采用一級(jí)消能,消力池位于0+360~0+ 396段。試驗(yàn)表明,20年一遇洪水(P=5%)時(shí),由于泄槽段折沖水流的影響,進(jìn)入消力池的主流偏向右岸,池內(nèi)左側(cè)產(chǎn)生回流,消力池內(nèi)水躍不對(duì)稱,消力池進(jìn)池最大流速為8.25m/s,出池最大底流速為5.26m/s;水躍長度左岸34m,右岸44m。試驗(yàn)得知,消力池水平段長度不足,水流不能很好地在池內(nèi)進(jìn)行摻混、消能,消能不充分。
30年一遇洪水(P=3.33%)時(shí),消力池進(jìn)池流速9.44m/s;出池最大底流速為5.19m/s;水躍長度分別為左岸38.6m,右岸42m。消能工設(shè)計(jì)為30年一遇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),由于東、西溢洪閘兩股水流在泄槽段交互作用,進(jìn)入消力池上游直線段后,折沖水流強(qiáng)度減弱,進(jìn)池?cái)嗝媪魉俜植驾^均勻,消能不充分,消力池水平段長度依然不足。
50年一遇洪水(P=2%)消能試驗(yàn)時(shí),消力池進(jìn)池流速8.27m/s;出池最大底流速為4.38m/s;此工況下由于流量加大,水深增高,水流在泄槽段左右搖擺不定,進(jìn)入消力池?cái)嗝媪魉俜植疾痪鶆?,消能效果不明顯。
4.1消能工優(yōu)化措施
1)消能工采用二級(jí)消能,包括恢復(fù)西溢洪閘原閘后一級(jí)消力池,位于樁號(hào)0+19.5~0+040之間,池深1.5m,池長20.5m。
2)二級(jí)消力池水平段長度增加5m,即消力池位于0+360~0+401段,水平段長26m,其余不變。
3)為調(diào)整水流流態(tài),減小水流折沖,將泄槽段軸線上的中間導(dǎo)墻向下游延長至樁號(hào)0+210處,末端導(dǎo)墻高1.2m,0+210處導(dǎo)墻寬1m。將泄槽分為左、右槽兩部分,樁號(hào)0+210以上各行其道。
增加左、右槽槽底橫向坡,右側(cè)槽底(樁號(hào)0+ 070~0+210)抬高1.0m,左側(cè)槽底(樁號(hào)0+100~ 0+193)原設(shè)計(jì)高程不變,上游連接段自然過渡至樁號(hào)0+055,下游連接段自然過渡至0+250;左槽右側(cè)槽底(樁號(hào)0+070~0+210)抬高0.7m,左側(cè)槽底(樁號(hào)0+100~0+193)原設(shè)計(jì)高程不變,上游連接段自然過渡至樁號(hào)0+055,下游連接段自然過渡至0+250。
4.2優(yōu)化方案試驗(yàn)成果
1)閘后一級(jí)消力池。西溢洪閘閘后消力池消能效果顯著,明顯改善水流條件,水流能量降低,流態(tài)良好,基本消除了原設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)的折沖水流、回流等不良流態(tài)。在20年、30年和50年一遇洪水情況下,閘后消力池的消能效率分別為41%、41%以及33%,消能效果較好。調(diào)整后,一、二級(jí)消力池工作情況見圖1、2。
2)二級(jí)消力池。消力池加長后,水流流態(tài)有所改善。對(duì)于20年一遇設(shè)計(jì)洪水,進(jìn)入消力池的水流分布較均勻,平均流速為8.82m/s,與原設(shè)計(jì)方案比較,8.25m/s相差不大,但明顯減小了原設(shè)計(jì)方案中消力池左側(cè)的回流區(qū)。
消能段消力池消能效果良好。泄槽段水流流態(tài)的改善,也使得消力池進(jìn)池水流較均勻,消力池左右岸兩側(cè)的漩渦水流明顯減小。20年一遇洪水時(shí),消力池消能效率為37%;30年一遇洪水時(shí),消力池消能效率為38%;50年一遇洪水時(shí)消力池消能效率為21%。
50年一遇洪水時(shí)泄槽最大水深4.62m,較原設(shè)計(jì)方案的6.63m降低2m;增設(shè)橫向坡降,減少了溢洪道左右岸水面的高差,使得水面線趨于平穩(wěn);保證了消能效果的正常發(fā)揮。
圖1 一級(jí)消力池工作情況
圖2 二級(jí)消力池工作情況
對(duì)原設(shè)計(jì)消能方案進(jìn)行優(yōu)化,并采用模型試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)表明,采用二級(jí)消能工后,消能效果顯著提升。延長中間導(dǎo)流墻的長度及增加橫比降較為合理。當(dāng)溢洪道下泄中、小流量洪水時(shí),導(dǎo)流墻兩側(cè)水流互不影響,保證了水流平順。當(dāng)溢洪道下泄大流量洪水時(shí),槽內(nèi)水流漫過導(dǎo)流墻,但一部分水流仍受到導(dǎo)流墻的“導(dǎo)流”和“阻擋”作用,從而改善了導(dǎo)流墻兩側(cè)的水流條件,使得彎道水流的環(huán)流作用減弱,泄槽凹、凸岸水流不均勻的現(xiàn)象較原設(shè)計(jì)方案減弱很多。
(責(zé)任編輯 趙其芬)
【中圖分類號(hào)】TV697
【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B
【文章編號(hào)】1009-6159(2015)-02-0037-02
收稿日期:2014-12-25
作者簡介:徐運(yùn)海(1963—),男,高級(jí)工程師