曲江县西牛潭水库溢洪道加固工程消能试验研究

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1、曲江县西牛潭水库溢洪道加固工程消能试验研究朱红华黄智敏钟伟强张从联黄健东（广东省水利水电科学研究院，广州,510610）摘要：结合韶关市曲江县西牛潭水库溢洪道加固工程多弯道二级陡槽水工模型试验研究成果，对陡槽段和消力池消能工的流态、消能等水力特性进行分析研究，并在溢洪道二级陡槽段采用了阶梯消能工方案，试验成果得到了工程设计的采用。1工程概况西牛潭水库位于广东省北部曲江县境内。西牛潭水库主要任务是灌溉下游2.24万亩农田及捍卫京广铁路、韶关市的安全。该工程于1958年建成，至今已运行四十余年，工程存在严重的老化和

2、安全隐患，为确保工程安全运行和人民生命财产安全，充分发挥水库的防洪作用和增加经济效益，需对溢洪道进行安全加固。溢洪道加固工程设计方案为：溢洪道控制段为底坎宽顶堰，无闸门控制的开敞自由泄流，堰顶高程为178.09m，闸室为单孔闸，净宽B=10m，堰前引水渠段以扭曲面与水库连接，堰后接净宽B=10m的矩形一、二级陡槽。一级陡槽段坡度为1∶42.5，桩号为0+025～0+262.6，一级陡槽经历二次转弯，第一级弯道内半径为55m，外半径为65m，弯道转角为75°，弯道横向坡度i=0.042。第二级弯道内半径为95m，

3、外半径为105m，弯道转角为28°，弯道横向坡度为i=0.028。二级陡槽坡度为1∶15.5，桩号为0+262.6～0+476.5。陡槽后设置消力池，池长10m，池宽10m，池深1.3m。池后接转弯的尾水渠，弯道内半径为55m，外半径为65m，转角为55°，尾水渠坡度为1∶500，水平长度为72.6（见图1）。178.09水库第二级道弯段道陡槽弯一级二级级一陡第槽段消控制段力段渠池尾水道弯级第三引渠段3溢洪道洪水设计标准为：百年一遇（P=1%）设计洪水泄流量Q=24.9m/s，二千年一遇（P=0.05%）3校核

4、洪水泄流量Q=43.9m/s。2设计方案的试验成果（1）设计方案的溢洪道进口引水渠与闸室控制段采用垂直立坎连接，入流在闸室堰顶出现较明显的跌流，相应减小了溢洪道的泄流能力（见图2）38（2）一级陡槽段受第一、二级弯道的影响，弯道内水流产生冲击波，造成两弯道及一级陡槽的流速和水深分布不够均匀，各断面左边墙的水深比右边墙大，一级陡槽段形成的冲击波影响二级陡槽段，二级陡槽段内形成折射流，影响二级陡槽段末端消力池的流态。（3）二级陡槽段末端消力池受上游冲击波及其下游第三级弯道的影响，主流偏向消力池右侧区域，而其左侧出现

5、较大范围的回流，消力池流态较差，消能率较低。因此，溢洪道设计方案存在的问题，需通过水力模型试验来解决。设计方案推荐方案控制段控制段引渠段引渠段172.501:42.5阶梯消力墩L=10.0158.70160.07.672.330.345°1:15.51.936.510×18=1806.5101:42.5消2.33力池3推荐方案的试验成果与分析3.1推荐方案的选定经多方案的试验比较，推荐方案布置为：（1）引水渠段与控制段由垂直立坎连接改为以1∶1斜坎连接，以利于水流平缓过渡，减小控制段进口处的跌水。（2）二级陡槽

6、段共布置19级阶梯，除第1级阶梯间距△L=6.5m外，其余阶梯间距均为△L=10m，阶梯高度均为△H=0.15m（见图3）。（3）在桩号0+462.2处布置一排消力墩，墩高1.5m，墩宽1.11m，墩与墩之间间距均为1.11m（见图3）。3.2溢洪道流态试验表明：溢洪道进口入流较平顺，引水渠段与控制段由垂直立坎连接改为1∶1斜坎连接后，水流较平缓进入堰顶，无明显跌水。溢洪道第二级陡槽段设置阶梯之后，阶梯跌坎的跌流，减小了陡槽段沿程各断面的流速，增加了各断面的水深，使第二级弯道下游陡槽段受冲击波影响作用减小，第二

7、级陡槽段水流较均匀进入消力池，改善了二级陡槽段的流态，并使消力池内左侧区域回流基本消失，提高了消力池消39能率，出池水流经第三级弯道（尾水渠）较平顺与下游河道水流衔接。3.3陡槽水面线试验表明，一、二级弯道之间（即桩号0+043与0+252.1之间）的陡槽段左边墙水深明显高于右边墙水深，在校核洪水流量泄流时，两者相差0.04m～0.50m；而在设计洪水流量泄流时，两者相差0～0.38m。二级陡槽段加设阶梯后，二级陡槽段水流逐步均化，冲击波逐渐消失，二级陡槽内的水流掺气，下泄水流表面水滴飞溅，水深比光滑槽面的水深

8、略有增加，阶梯槽面水深应为水气混合的掺气水深h（见图4）。考虑到模型水流的掺气波动与原型值有一定的差异，因此，溢洪道陡槽两侧边墙高度应在模型实测的水面线基础上，加上一定的安全超高。水滴跃移区水气混合体图4陡槽断面水深示意图3.4压强分布试验测试了溢洪道陡槽面的压强，测试结果表明，槽面均为正压，阶梯跌坎底部最大负压值约为-1.0m水柱，溢洪道陡槽段出现空化空蚀破坏的可能性较小。3.5陡槽