黃栗樹水庫除險(xiǎn)加固工程溢洪道水工模型試驗(yàn)研究

（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水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

黃栗樹水庫位于長江流域的滁河支流襄河上游，安徽省全椒縣境內(nèi)，樞紐工程由大壩、正常溢洪道、副壩、放水涵洞等建筑物組成。距全椒縣城西北23km，控制流域面積262km2，總庫容2.30 億m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、供水、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（二）型水庫。水庫自投入運(yùn)行以來，為該地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。根據(jù)安全鑒定溢洪道水力及結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，并結(jié)合現(xiàn)場檢查、檢測及地勘報(bào)告，現(xiàn)需要對黃栗樹水庫溢洪道除險(xiǎn)加固。

黃栗樹溢洪道布置較為復(fù)雜，需要通過溢洪道的水工模型試驗(yàn)，觀測水流流態(tài)、水位流量關(guān)系、動水壓力、消能效果、出流與下游河道水流銜接等水力特性，論證溢洪道布置及體型的可行性與合理性[1，2]，并提出進(jìn)一步改善各項(xiàng)水力學(xué)指標(biāo)的工程措施及方案建議[3，4]，為樞紐工程建設(shè)與運(yùn)行提供技術(shù)支撐。保證水庫的正常運(yùn)行，繼續(xù)為該地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要作用[5，6]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

黃栗樹水庫除險(xiǎn)加固工程溢洪道水工模型采用正態(tài)模型，整體模型比尺為1∶40，為保證入流的相似性，模擬范圍上游取至溢洪道進(jìn)口前230m，即樁號-Y0+230m；下游取至三級跌水防沖槽下游600m；橫向高度均高于最高水位。模擬范圍總長1.6km，最大寬度0.4km。

表1 黃栗樹水庫工程實(shí)驗(yàn)工況表

根據(jù)當(dāng)?shù)貧v年水文資料及江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司的設(shè)計(jì)資料，試驗(yàn)工況見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 原設(shè)計(jì)方案結(jié)果與分析

（1）水位流量關(guān)系試驗(yàn)分別研究了堰流和孔流水位流量關(guān)系。

堰流水位流量關(guān)系見圖1，孔流水位流量關(guān)系見圖2。由圖1、圖2 可知，堰流和孔流情況試驗(yàn)值大于設(shè)計(jì)流量，泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）黃栗樹水庫工程原設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果各試驗(yàn)工況流速、動水壓力、消能效果見表2。

原設(shè)計(jì)方案，溢洪道進(jìn)口主流偏向右側(cè)，但水流基本平順，至閘前水流分布已基本均勻，閘后水流平順，無明顯不良流態(tài)。

設(shè)計(jì)洪水一級泄槽陡坡Y0+272 斷面處負(fù)壓為-2.08m 水柱，二級泄槽實(shí)用堰后負(fù)壓為-5.44m水柱。

圖1 溢洪道堰流水位流量關(guān)系曲線圖

圖2 溢洪道孔流水位流量關(guān)系曲線圖

表2 黃栗樹水庫工程原設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)成果表

表3 黃栗樹水庫工程修改方案試驗(yàn)成果表

圖3 修改方案一級跌水剖面圖

圖4 修改方案二級跌水剖面圖

設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時，溢洪道一級消力池水流挑起，至尾坎后跌落，消力池消能效果不理想；二級泄槽流速較大，二級消力池內(nèi)出現(xiàn)偏流；三級消力池消能效果良好。20年一遇和50年一遇洪水時，水躍基本發(fā)生在各消力池范圍內(nèi)，消能效果滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 修改優(yōu)化方案結(jié)果與分析

由于原設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)洪水與校核洪水時，溢洪道一級消力池和二級消力池消能效果不理想，因此修改方案是在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上加深一級消力池至31.00m，加長至40.80m，較原設(shè)計(jì)方案消力池底高程降低2.10m，消力池加長15.80m；消力池上游以1︰4.33 與上游泄槽相接，坡長較設(shè)計(jì)方案延長9.10m。二級跌水上游WES 實(shí)用堰設(shè)置于Y0+523，堰頂高程35.60m，堰高0.80m。

修改方案一級跌水和二級跌水剖面圖見圖3 和圖4。

黃栗樹水庫工程修改方案試驗(yàn)成果各試驗(yàn)工況流速、動水壓力、消能效果見表3。

修改方案黃栗樹水庫溢洪道內(nèi)水流流態(tài)除一、二級消力池外，其余與原設(shè)計(jì)方案基本一致，沿程流態(tài)良好，無其他明顯不良流態(tài)。

設(shè)計(jì)和校核洪水溢洪道沿程壓力均為正壓，50年和20年一遇洪水最大負(fù)壓出現(xiàn)在Y0+272斷面，達(dá)-1.68m 水柱，Y0+544斷面最大負(fù)壓為-1.35m 水柱，不會發(fā)生空化空蝕，對水工結(jié)構(gòu)無明顯影響。

黃栗樹水庫溢洪道各級消力池消能效果良好，水躍基本發(fā)生在各消力池范圍內(nèi)，消能效果滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論與建議

（1）原設(shè)計(jì)方案黃栗樹水庫溢洪道泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。溢洪內(nèi)進(jìn)流基本平順，無明顯不良流態(tài)。設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時，溢洪道一級消力池水流挑起，至尾坎后跌落，消力池消能效果不理想；二級泄槽流速較大，池內(nèi)出現(xiàn)偏流；三級消力池消能效果良好。

（2）黃栗樹水庫溢洪道各級消力池消能效果良好，水躍基本發(fā)生在各消力池范圍內(nèi)，消能效果滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）建議采用修改方案作為實(shí)施方案■