黄栗树水库除险加固工程溢洪道水工模型试验研究

2020-06-29

治淮 2020年5期

（水利水资源安徽省重点实验室安徽省·水利部淮河水利委员水利科学研究院蚌埠 233000）

黄栗树水库位于长江流域的滁河支流襄河上游，安徽省全椒县境内，枢纽工程由大坝、正常溢洪道、副坝、放水涵洞等建筑物组成。距全椒县城西北23km，控制流域面积262km2，总库容2.30 亿m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、供水、发电、水产养殖等综合利用的大（二）型水库。水库自投入运行以来，为该地区的工农业生产和经济发展发挥了重要作用。根据安全鉴定溢洪道水力及结构安全复核，并结合现场检查、检测及地勘报告，现需要对黄栗树水库溢洪道除险加固。

黄栗树溢洪道布置较为复杂，需要通过溢洪道的水工模型试验，观测水流流态、水位流量关系、动水压力、消能效果、出流与下游河道水流衔接等水力特性，论证溢洪道布置及体型的可行性与合理性[1，2]，并提出进一步改善各项水力学指标的工程措施及方案建议[3，4]，为枢纽工程建设与运行提供技术支撑。保证水库的正常运行，继续为该地区的工农业生产和经济发展发挥重要作用[5，6]。

2 试验设计

黄栗树水库除险加固工程溢洪道水工模型采用正态模型，整体模型比尺为1∶40，为保证入流的相似性，模拟范围上游取至溢洪道进口前230m，即桩号-Y0+230m；下游取至三级跌水防冲槽下游600m；横向高度均高于最高水位。模拟范围总长1.6km，最大宽度0.4km。

表1 黄栗树水库工程实验工况表

根据当地历年水文资料及江苏省水利勘测设计研究院有限公司的设计资料，试验工况见表1。

3 结果与分析

3.1 原设计方案结果与分析

（1）水位流量关系试验分别研究了堰流和孔流水位流量关系。

堰流水位流量关系见图1，孔流水位流量关系见图2。由图1、图2 可知，堰流和孔流情况试验值大于设计流量，泄流能力满足设计要求。

（2）黄栗树水库工程原设计方案试验成果各试验工况流速、动水压力、消能效果见表2。

原设计方案，溢洪道进口主流偏向右侧，但水流基本平顺，至闸前水流分布已基本均匀，闸后水流平顺，无明显不良流态。

设计洪水一级泄槽陡坡Y0+272 断面处负压为-2.08m 水柱，二级泄槽实用堰后负压为-5.44m水柱。

图1 溢洪道堰流水位流量关系曲线图

图2 溢洪道孔流水位流量关系曲线图

表2 黄栗树水库工程原设计方案试验成果表

表3 黄栗树水库工程修改方案试验成果表

图3 修改方案一级跌水剖面图

图4 修改方案二级跌水剖面图

设计洪水和校核洪水时，溢洪道一级消力池水流挑起，至尾坎后跌落，消力池消能效果不理想；二级泄槽流速较大，二级消力池内出现偏流；三级消力池消能效果良好。20年一遇和50年一遇洪水时，水跃基本发生在各消力池范围内，消能效果满足设计要求。

3.2 修改优化方案结果与分析

由于原设计方案在设计洪水与校核洪水时，溢洪道一级消力池和二级消力池消能效果不理想，因此修改方案是在原设计方案的基础上加深一级消力池至31.00m，加长至40.80m，较原设计方案消力池底高程降低2.10m，消力池加长15.80m；消力池上游以1︰4.33 与上游泄槽相接，坡长较设计方案延长9.10m。二级跌水上游WES 实用堰设置于Y0+523，堰顶高程35.60m，堰高0.80m。

修改方案一级跌水和二级跌水剖面图见图3 和图4。

黄栗树水库工程修改方案试验成果各试验工况流速、动水压力、消能效果见表3。

修改方案黄栗树水库溢洪道内水流流态除一、二级消力池外，其余与原设计方案基本一致，沿程流态良好，无其他明显不良流态。

设计和校核洪水溢洪道沿程压力均为正压，50年和20年一遇洪水最大负压出现在Y0+272断面，达-1.68m 水柱，Y0+544断面最大负压为-1.35m 水柱，不会发生空化空蚀，对水工结构无明显影响。

黄栗树水库溢洪道各级消力池消能效果良好，水跃基本发生在各消力池范围内，消能效果满足设计要求。