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。

1　初步設(shè)計(jì)消能方案

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。

2　試驗(yàn)研究模型及內(nèi)容

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。

3　原消能方案試驗(yàn)成果

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　消能工方案優(yōu)化及研究

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

5　結(jié)語

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