某水利水电工程水工模型试验报告

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目录
.................................................................... ...................................................... 1 1. 概述
1.1 工程简
况 ..................................................................... .. (1)
1.2 试验资
料 ..................................................................... .. (1)
1.3 试验目的及研究内
容 ..................................................................... (2)
2 模型试验设计和制
作 ..................................................................... .. (5)
2.1 模型试验主要依
据 ..................................................................... . (5)
2.2 模型要
求 ..................................................................... .. (5)
2.3 模型量测仪器及设
备 ..................................................................... (6)
3. 设计方案试验成
果 ..................................................................... .. (7)
3.1 泄流能
力 ..................................................................... .. (9)
3.1.1 泄洪放空洞泄流能力...................................................................... .. (9)
3.1.2 溢洪道泄流能力...................................................................... .. (11)
3.2 泄洪放空洞水力特性简
述 ..................................................................... .. (13)
3.3 溢洪道水力特性简
述 ..................................................................... . (13)
4. 优化方案
I ...................................................................... . (14)
4.1 体形优
化 ..................................................................... (14)
4.1.1 泄洪放空洞体形优化...................................................................... (14)
4.1.2 溢洪道体形优化...................................................................... .. (21)
4.2 泄流能
力 ..................................................................... (24)
4.2.1 泄洪放空洞泄流能力...................................................................... (24)
4.2.2 溢洪道泄流能力...................................................................... .. (26)
4.3 泄洪放空洞洞身水力特
性 ..................................................................... .. (28)
4.3.1 水流流态...................................................................... .. (28)
4.3.2 水深、流速及洞顶余幅...................................................................... .. 29
4.3.3 压力及水流空化数...................................................................... . (32)
4.3.4 掺气空腔特性...................................................................... (37)
4.4 溢洪道沿程水力特
性 ..................................................................... . (38)
4.4.1 水流流态...................................................................... .. (38)
1
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4.4.2 水深及流速...................................................................... . (39)
4.4.3 压力及水流空化数...................................................................... . (48)
4.5 水舌特征及下游河道水力特
性 .....................................................................
54
4.5.1 流态...................................................................... . (54)
4.5.2 出口水舌特性...................................................................... (56)
4.5.3 下游岸边流速...................................................................... (59)
4.5.4 下游岸边水面线...................................................................... .. (63)
4.5.5 下游河道冲刷...................................................................... (70)
5. 初设阶段推荐方
案 ................................................................ 错误～未定义书签。

5.1泄流能力...................................................................... .... 错误～未定义书签。

5.2 泄洪放空洞洞身水力特
性 ............................................. 错误～未定义书签。

5.2.1 水流流态................................................................ 错误～未定义书签。

5.2.2 水深、流速及洞顶余幅........................................ 错误～未定义书签。

5.2.3 压力及水流空化数................................................ 错误～未定义书签。

5.2.4 掺气空腔特性........................................................ 错误～未定义书签。

5.3 溢洪道沿程水力特
性 ..................................................... 错误～未定义书签。

5.3.1 水流流态................................................................ 错误～未定义书签。

5.3.2 水深及流速............................................................ 错误～未定义书签。

5.3.3 压力及水流空化数................................................ 错误～未定义书签。

5.3.4 掺气空腔特性........................................................ 错误～未定义书签。

5.4水舌特征及下游河道水力特性...................................... 错误～未定义书签。

5.4.1 流态...................................................................... .. 错误～未定义书签。

5.4.2 出口水舌特性........................................................ 错误～未定义书签。

6.4.2 下游岸边流速........................................................ 错误～未定义书签。

5.4.3 下游岸边水面线.................................................... 错误～未定义书签。

5.4.4 下游河道冲刷........................................................ 错误～未定义书签。

6. 技施阶段推荐方
案 ................................................................ 错误～未定义书签。

6.1体形变化...................................................................... .... 错误～未定义书签。

6.2体形优化...................................................................... .... 错误～未定义书签。

6.3泄流能力...................................................................... .... 错误～未定义书签。

2
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6.3.1 泄洪放空洞泄流能力............................................ 错误～未定义书签。

6.3.2 溢洪道泄流能力.................................................... 错误～未定义书签。

6.4泄洪放空洞洞身水力特性.............................................. 错误～未定义书签。

6.4.1 水流流态................................................................ 错误～未定义书签。

6.4.2 水深、流速及洞顶余幅........................................ 错误～未定义书签。

6.4.3 压力及水流空化数................................................ 错误～未定义书签。

6.4.4 掺气浓度及空腔特性............................................ 错误～未定义书签。

6.5溢洪道沿程水力特性...................................................... 错误～未定义书签。

6.5.1 水流流态................................................................ 错误～未定义书签。

6.5.2 水深及流速............................................................ 错误～未定义书签。

6.5.3 压力及水流空化数................................................ 错误～未定义书签。

6.5.4 掺气浓度及空腔特性............................................ 错误～未定义书签。

6.6水舌特征及下游河道水力特性...................................... 错误～未定义书签。

6.6.1 流态...................................................................... .. 错误～未定义书签。

6.6.2 出口水舌特性........................................................ 错误～未定义书签。

6.6.2 下游岸边流速........................................................ 错误～未定义书签。

6.6.3 下游岸边水面线.................................................... 错误～未定义书签。

6.6.4 下游河道冲刷........................................................ 错误～未定义书签。

7. 结
论 ..................................................................... (78)
3
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1. 概述
1.1 工程简况
流域概况:
****
***水利工程输水工程由渠道和供水管线两部分组成。

A市***水利工程输水工程渠道的分布从***水库枢纽起至B县过水镇，共布置渠道7条，包括1条干渠、4条支渠和2条提灌渠，灌溉工程总控灌面积14.56万亩。

供水管线工程分布从B县
BB水库干渠青岗湾隧洞之后起至A市长土水厂，新建2根管道，单根长
26.637km。

内昆铁路从A通过，内江至宜宾高速公路可直达A市，雅安经乐山、B 县至A公路(省道S305)纵贯整个灌区，将长山、五通、、A等地联系起来，A至B 县公路里程约42km，工程区附近各乡镇均有公路相通，且各相邻乡镇间距离在
5,12km范围，形成了简单的公路交通网络。

主要建筑物:
***水利枢纽为?等工程，水库枢纽主要建筑物拦河坝、溢洪道、泄洪放空洞、放水洞进水口、副坝等主要建筑物级别为2级，放水洞及次要建筑物级别为3级。

水库正常蓄水位429.00m，总库容1.6595亿m3，兴利库容1.11亿m3，供水及灌溉设计引用流量为10.0m3/s，环境用水流量0.86m3/s，灌溉面积为14.56万亩。

***水库工程主要建筑物有钢筋砼面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、右岸泄洪放空隧洞、左岸放水隧洞，放水洞出口段右侧布置河道下游环境用水渠道，主坝坝址上游约12.5公里的越溪河支流铁山河上及其相应的山脊垭口处布置7座副坝，库外有排洪渠等工程。

1.2 试验资料
坝址枢纽由挡水坝，右岸表孔式溢洪道，右岸泄洪放空洞，左岸取水洞组成。

***水库工程模型试验所需的基础资料均由XX省水利水电勘测设计研究院提供，主要包括:
(1) 试验项目及要求
1
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(2) 试验方案枢纽布置图
(3) 建筑物剖面(轮廓)图
(4) 试验方案上游水位,流量关系图
(5) 试验方案坝下游水位,流量关系图
(6) 枢纽区河床质颗粒组成及级配曲线
(7) 枢纽区地质图
(8) 频率洪水流量
1.3 试验目的及研究内容
试验研究的主要目的为:
1. 验证设计的合理性、可靠性和科学性，为合理而有效地解决因修建***水库工程而可能出现的有关问题，特对***水库枢纽工程进行整体模型试验。

通过试验在对设计提交的试验方案进行全面验证的基础上，针对模型试验中揭露的问题，对枢纽模型进行修改和再试验(修改方案可和设计单位共同研究;或将暴露的问题及情况通报设计单位，由设计单位提出修改方案再进行试验)。

通过试验—修改—试验—修改等过程和反复探索，优化枢纽布置、建筑物型式和有关设计参数，为设计最终优化方案提供充分的水力学依据。

2. 应根据试验项目和要求，分别进行定床和动床试验，力求试验内容和结论最大限度的与实际情况吻合、一致或相似。

3. ***水库枢纽工程整体模型试验要求初步设计阶段完成并满足初设总体需要。

试验研究的主要内容有:
1. 通过模型试验验证枢纽总体布局的合理性;
2. 枢纽布置与枢纽泄流时整体和局部水流流态;
观察和测定枢纽泄流时局部水流流态，调整枢纽各建筑物相对位置，修改有关建筑物的边界条件和轮廓形态，力求枢纽泄流时流态平顺、平稳，尽量避免对建筑物造成冲击、气蚀，尽量避免或减少对下游两岸的冲刷。

从水力学的角度验证枢纽布置的合理性。

3. 枢纽泄流能力的确定
检验模型泄流能力和设计泄流能力的吻合情况，测定泄流曲线。

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4. 测定特征水位
大坝:在通过模型试验选定枢纽布置及建筑物型式的前提下测定坝前下列特征水位:校核洪水位(P=0.05%)，设计洪水位(P=1%)，五十年一遇(P=2%)，二十年一遇(P=5%)，十年一遇(P=10%)，五年一遇(P=20%)，三年一遇(P=33.3%),二年一遇
(P=50%)。

5. 通过试验验证泄洪放空洞进水口、洞身段、出口段水力特性及建筑物体形。

通过模型试验对各个部位水力特性及建筑物体形进行改进。

3
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图1.1 枢纽平面布置图
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2 模型试验设计和制作
2.1 模型试验主要依据
(1)《水工(常规)模型试验规程》SL155-95
(2)《溢洪道设计规范》SL253-2000
(3)《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》DL/T5207-2005
(4)《水工隧洞设计规范》SL279-2002
(5)《水利水电工程进水口设计规范》SL285-200
2.2 模型要求
(1)模型按重力相似准则设计，模型比尺为1:30正态模型，各物理量的比尺如下:
长度比尺:
.5流速比尺:
.5流量比尺:
/6糙率比尺:
根据设计给定的，混凝土衬砌表面糙率:n,0.014，则沿程阻力相似所要求的模型糙率应为，根据大量模型试验，有机玻璃制作的模型糙率约为0.0079~0.0081，故糙率基本相似。

(2) 泄水建筑物采用有机玻璃并具有拆卸功能，便于观察水流流态，能够满足修改、优化的要求。

(3)模型制作《水工(常规)模型试验规程》SL155-95要求。

为了更好地了解溢洪道及泄洪放空洞沿程的压力分布情况，在其上布置了大量测压管，并采用钢尺测量两者沿程压力及水深。

在模型制作过程中，对控制断面和主要建筑物等进行了精心制作，校正。

制作完成后，进行了全面系统的检查，模型
中地形的高程误差控制在以内，平面误差控制在以内。

建筑物的高程误差控制在以内，保证模型和原型的几何相似性，确保试验的
5
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精度。

图2.1 实验模型全景
2.3 模型量测仪器及设备
(1)流速采用电脑旋浆流速仪测量(西科所生产),测量精度达到1cm/s。

(2)掺气浓度采用北京水科院生产的掺气浓度仪测量。

(4)流量采用矩形薄壁堰测量，测量精度达到0.1L/s。

(5)水位测量采用测针测量，测量精度达到0.2mm。

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3. 设计方案试验成果
模型安装完毕试水后，首先对泄洪放空洞和溢洪道的泄流能力进行了试验。

并且根据设计单位提供的工况表，选择校核和正常两个进行了试验，以检验设计方案的合理性及根据试验成果对设计方案提出合理性建议和修改，以使设计最终满足要求。

图3.1(a),(b)分别为设计方案溢洪道和泄洪放空洞剖面图。

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a 溢洪道布置图
b 泄洪放空洞布置图
图3.1 设计方案，泄洪建筑物纵剖面图
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3.1 泄流能力
3.1.1 泄洪放空洞泄流能力
表3.1为泄洪放空洞单独泄流，闸门全开时泄流能力试验结果，图3.2给出了试验的泄洪放空洞库区水位~流量关系曲线，其对应的水位~流量系数关系见图
3.3，其中流量系数的计算公式为:
QAgH
(3.1)
式中:A为孔口面积，H为出口的工作水头，H =Z– Z0-，其中h为孔口高度，Z为库水位，Z0为闸室底板高程。

对本试验，闸室底板高程为380m，闸孔高度为6.5m，重力加速度g = 9.81m/s2，取系数。

按式 (3.1) 对泄洪放空洞的试验资料进行整理，发现在389.62m水位以上时，流量系数可近似为常数0.754。

根据试验结果，在设计水位429m时，泄洪放空洞的泄流能力约为728m3/s (闸门全开);在校核水位430.61m时，泄洪放空洞的泄流能力约为741m3/s (闸门全开)。

表3.1 泄洪放空洞泄流能力试验结果
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图3.2 泄洪放空洞水位~流量关系曲线
图3.3 泄洪放空洞水位~流量系数关系曲线
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3.1.2 溢洪道泄流能力
表3.2为溢洪道单独泄流时泄流能力试验结果，图3.4给出了试验的溢洪道库区水位~流量关系曲线，其对应的水位~流量系数关系见图3.5，其中流量系数m的计算公式为:
Qb2gH
3/2
(3.2)
式中:b为溢流堰进口宽度，H为堰顶水头，H=Z– H0 (m)，其中:Z为库水位，H0为溢流堰堰顶高程。

对本试验，堰顶高程为416.5m，溢流堰进口宽度为11m，重力加速度g=9.81m/s2。

根据试验结果，随着库区水位的增加，流量系数逐渐减小。

在设计水位429m 时，溢洪道的泄流能力约为868m3/s;在校核水位430.61m时，溢洪道的泄流能力约为1029m3/s。

表3.2 溢洪道泄流能力试验结果
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图3.4 溢洪道水位~流量关系曲线
图3.5 溢洪道水位~流量系数关系曲线
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3.2 泄洪放空洞水力特性简述
模型安装完毕试水后根据设计单位提供的工况表，对校核、设计正常工况进行了试验，以考察洞身流态，掺气坎的掺气效果，出口流态等。

在设计正常工况及校核工况下，泄洪放空洞闸室后洞内水深水面左右高差较大，这是由于进口为侧向进流，并且进口有压段的水流速度较大，从而引起出口的流速分布不均匀，在明流段造成了比较明显的冲击波所引起的。

该种流态很容易冲击明渠洞顶及明渠侧壁，因此设计方案应该进行优化。

3.3 溢洪道水力特性简述
对溢洪道的设计体形，进行了校核工况、设计工况几个工况的初步试验，试验时主要观察了流态，并对沿程的水深和压力分布进行了测量。

试验结果表明:设计工况、校核工况下，在引水渠段，水流总体比较平稳;在挑流鼻砍段，水流经挑坎形成的水舌击打到河道右岸的山体上落入河道。

因此，挑流鼻坎应该进行优化。

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4. 优化方案I
在共同观看了设计体形的流态后，经我单位和设计院研究协商，对泄洪放空洞和溢洪道体型做了优化改动，并且对优化后的体型进行了工况试验。

本次试验对七组泄洪工况进行了研究。

工况4、工况5、工况6及工况7为泄洪放空洞和溢洪道联合泄洪时的情况，旨在了解两泄洪建筑物互相间的影响，对枢纽泄洪消能整体布局做出评价。

表4.1 为本次试验工况表。

表4.1 优化方案I试验工况表
4.1 体形优化
4.1.1 泄洪放空洞体形优化
经过试验研究对泄洪放空洞进行了两次大的优化改动。

优化方案A
根据设计方案的流态及洞内水深左右侧分布极为不均匀的情况，首先将泄洪放空洞进口有压段的面积增加，即直径由原来的6.5米增加到7.5m，以减小有压段的流速，使从侧向进入泄洪放空洞的水流在有压段的调整更加充分，以尽可能减小有压段的横向流速，从而减弱明流段的左、右两侧水流不均匀现象。

再将闸室顶部的压坡改为1:5的坡度。

由于设计方案从闸室段到导流洞段的龙抬头段落差比较大，坡度比较陡，水流流速比较大，易产生空化空蚀。

因此，将闸室段增加4.54m，然后接水平距离30m 方程为x2=180y的抛物线段，再接坡度1:3的斜线段，最后在末端接半径100m的反弧段。

这样可以使坡度变缓，便于设置掺气挑坎，并且降低掺入水中
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气泡的溢出速度。

为了避免产生空化空蚀破坏，在距闸门71.58m处设置1#号掺气坎并在反弧段尾端设置2#号掺气坎。

在设计方案中，水流经挑坎形成的挑射水流没能完全进入下游河道，对本岸的岸坡冲刷严重。

因此，将挑坎向外延伸30m，并且对挑坎形式进行改进(具体见图4.1)。

经以上修改后称为优化方案A，其体形如图4.1所示。

图4.2和图4.3是优化方案A的正常水位下泄洪放空洞的沿程压力和沿程水面线。

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a 泄洪放空洞纵剖面图
图4.1 泄洪放空洞优化方案A
b 挑流鼻坎平面图
c 1#掺气坎细部图
d 2#掺气坎细部图
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图 4.2正常水位下泄洪放空洞沿程压力
图 4.3正常水位下泄洪放空洞沿程水面线
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优化方案B
在优化方案A中，虽然有压洞的直径加大，面积增大，但该方案的流态及洞内水深左右侧分布仍很不均匀的。

因此将泄洪放空洞进口有压段的面积继续增加，即直径由原来的7.5米
增加到8m，以减小有压段的流速，使从侧向进入泄洪放空洞的水流在有压段的调整更加充分，以尽可能减小有压段的横向流速，从而减弱明流段的左、右两侧水流不均匀现象。

通过以上优化称为优化方案B，其体形见图4.4。

图4.5和图4.6是优化方案B在正常水位下泄洪放空洞的沿程压力和沿程水面线。

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图 4.4泄洪放空洞纵剖面图
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图 4.5正常水位下泄洪放空洞沿程压力
图 4.6正常水位下泄洪放空洞沿程水面
20
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4.1.2 溢洪道体形优化
对于溢洪道，根据水位~流量关系试验结果，存在一定的超泄能力，考虑到溢洪道右侧边坡较高，因此适当将溢洪道缩窄，将溢洪道的宽度由11米改为10米。

由于水流经挑坎形成的水舌主要落水区域落在了河道右岸的边坡上，对右岸所以将溢洪道延伸53m，再对挑坎体型进行修改(具体见图4.7)。

其作用是将水流挑离右岸山体，以避免对右岸山体的冲刷。

另外，根据设计方案溢洪道泄流能力试验结果，随着库区水位的增加，流量系数不变减小，表明堰形略偏胖，因此，对堰面曲线也进行了相应的修改，见图
4.7b。

图4.8和图4.9是优化方案的正常水位下溢洪道的沿程压力和沿程水面线。

经以上优化后，经观察流态满足要求，有关试验成果在优化方案I中详细介绍。

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a 溢洪道纵剖面图
b 溢洪道堰面曲线剖面图
c 溢洪道挑流鼻坎平面图
图 4.7溢洪道优化方案
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图 4.8正常水位下溢洪道沿程压力
图 4.9正常水位下溢洪道沿程水面线
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4.2 泄流能力
4.2.1 泄洪放空洞泄流能力
由于泄洪放空洞进口有压段，龙抬头段，挑流鼻砍段体型及尺寸均有所改变，因此其泄流能力与设计体型不同，再次进行了泄流能力试验。

表4.2为泄洪放空洞单独泄流，闸门全开时泄流能力试验结果，图4.10给出了试验的泄洪
放空洞库区水位~流量关系曲线，其对应的水位~流量系数关系见图4.11，其中流量系数的计算公式为:
QA2gH
(4.1)
式中: A为孔口面积，H为出口的工作水头，H=Z– Z0-，其中h为孔口高度，Z为库水位，Z0为闸室底板高程。

对本试验，闸室底板高程为380m，闸孔高度为6.5m，重力加速度g =9.81m/s2。

按式 (4.1) 对有压流段的试验资料进行整理时，发现水位在试验的406.11m 以上，取系数
时，流量系数可近似为常数0.807。

根据试验结果，在设计水位429m时，泄洪放空洞的泄流能力约为782m3/s(设计的运行方式，此时闸门为局开)，在校核水位430.75m时，泄洪放空洞的泄流能力约为797m3/s(设计的运行方式，此时闸门为全开)，对应的设计流量是
800m3/s，泄洪放空洞的试验泄流能力与设计值相当，满足设计要求。

表4.2 泄洪放空洞泄流能力试验结果
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图4.10 泄洪放空洞水位~流量关系曲线
图4.11 泄洪放空洞水位~流量系数关系曲线
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4.2.2 溢洪道泄流能力
表4.3为溢洪道单独泄流时泄流能力试验结果，图4.12给出了试验的溢洪道库区水位~流量关系曲线，其对应的水位~流量系数关系见图4.13，其中流量系数m 的计算公式为:
Qb2gH
3/2
(4.2)
式中:b为溢流堰进口宽度，H为堰顶水头，H=Z– H0 (m)，其中:Z为库水位，H0为溢流堰堰顶高程。

对本试验，堰顶高程为416.5m，溢流堰进口宽度为10m，重力加速度g=9.81m/s2。

根据试验结果，随着库区水位的增加，流量系数略有所减小，基本可看作常数0.447。

根据试验结果，在设计水位429m时，溢洪道的泄流能力约为875m3/s;在
校核水位430.75m时，溢洪道的泄流能力约为1065m3/s，设计泄流能力为1005 m3/s。

溢洪道的实际泄流能力约比设计值大5.98%(超泄60m3/s)，满足设计要求。

表4.3 溢洪道泄流能力试验结果
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图4.12 溢洪道水位~流量关系曲线
图4.13 溢洪道水位~流量系数关系曲线
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4.3 泄洪放空洞洞身水力特性
4.3.1 水流流态
表4.1中，泄洪放空洞参与泄洪的共有四个工况，试验结果表明，在所有四个工况下，1#掺气坎掺气良好，2#掺气坎处存在回水，泄洪放空洞其他各部位流态较好，水舌不冲击顶部。

图4.14是校核工况，泄洪放空洞不同部位流态照片，从照片中可见，1# 掺气坎空腔优化方案I，校核工况，泄洪放空洞不同部位流态照片
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4.3.2 水深、流速及洞顶余幅
因优化方案体型与原设计体型相比变化较大，原设计方案时布置的水深，压力测点不满足要求，重新布置后的测点情况见表4.4，测点的0桩号与泄0+000桩号相重合。

不同工况，各测点的水深测量结果列于表4.4中，根据水位~流量关系试验结果，可算得弧形工作闸门处的水流平均流速，利用能量公式，可算得对应断面的平
均流速，一同列于表4.4中(由于水深测量存在误差，为了避免误差的传递和累积，一般不用试验测量水深来计算水流速度，但可用之对流速值进行校核)。

根据试验测量水深，可算得泄洪放空洞各个断面处的洞顶面积余幅，也列于表
4.4中。

从表4.4中可见，桩号191m附近，由于此处位于1# 掺气空腔范围内，因此水深包含了空腔高度，洞顶面积余幅约为17%~20%，而对应的水流速度约为28m/s，因此洞顶面积余幅略显不足，需要局部加高洞顶，建议从桩号170m附近开始缓慢加高洞顶，至空腔段将洞高加高1m左右。

对于2# 掺气空腔，其范围约为桩号245m~265m，此区域无水深测点，考虑到2# 掺气坎有2m高的跌坎，因此可将2# 掺气坎后至桩号280m范围内的原导流洞局部加高。

图4.15为对应各工况实测沿程水深分布。

表4.4 不同工况，泄洪放空洞内的沿程水深、流速及洞顶余幅
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表4.4续不同工况，泄洪放空洞内的沿程水深、流速及洞顶余幅
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a. P=5%工况
b. P=2%工况
c. P=1%工况
d. P=0.05%工况
图4.15 各工况实测沿程水深分布图
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4.3.3 压力及水流空化数
压力测点与水面线测点相同。

表4.5是实测各工况沿程压力结果，图4.16是对应各运行工
况沿程压力分布图。

表4.6给出了各个工况下，泄洪放空洞底板空化数情况，其中水流空化
数的计算公式为:
式中: p0为计算点的绝对压强; pv为水的蒸汽压强;
pa为当地大气压强;
为水的容重;
g为重力加速度;
H为计算点的相对压强，9.8kPa;
Ha为当地大气压强，9.8kPa;
Hv为水的蒸汽压强，随温度的变化而变化。

水的蒸汽压强对温度相当敏感，原型值采用20?水温对应值，即pv,0.238 m水柱，以偏于安全。

u0为计算点断面的平均流速，m/s;
大气压强采用当地的大气压力，计算公式为:
式中为***水库泄洪放空洞海拔高度，取偏不利的值，即上部的高程。

从表4.5中可看到，在各泄洪放空洞的进口段及洞身，底板压强分布都比较合理，只在桩号为120m~桩号150m的曲线段压力较小，实测最小压力出现在校核水位，最小压力约为-2.12×9.8kPa。

要计算水流空化数，还需沿程的水流速度，水流速度见表4.4，根据计算结果，泄洪放空洞沿程的空化数均大于0.27，见表4.6。

从表4.6中可见，约在桩号210m~300m范围内，水流空化数小于0.3，有必要设置掺气设施，其他地方的水流空化数均大于0.3，可以不需要掺气保护，施工时注意控制过流面的平整度即可满足设计要求。

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表4.5 不同工况，泄洪放空洞沿程压力测量结果
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表4.6 不同工况，泄洪放空洞明流段水流空化数
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a. P=5%工况
b. P=2%工况
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c.P=1%工况
d. P=0.05%工况
图4.16 不同工况，泄洪放空洞沿程压力分布图
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4.3.4 掺气空腔特性
在设计工况下，1#掺气坎形成稳定的掺气空腔，空腔长度为16.5m，空腔高度1.4m;2#掺气坎空腔长度9.3m，空腔高度1.27m，但形成的空腔1#号掺气坎形成的掺气空腔
b 2#号掺气坎形成的掺气空腔
图4.17 设计工况，掺气坎形成的掺气空腔
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4.4 溢洪道沿程水力特性
4.4.1 水流流态
表4.1中的七个工况，溢洪道均参与了泄洪，因此均进行了试验。

试验结果表明，在所有七个工况下，溢洪道各部位流态较好。

图4.18是七个工况中，溢洪道实际泄流量最大的校核工况，和泄流量最小的P=5%工况，溢洪道全程的流态照片，从照片中可见，两个工况下，溢洪道沿程无不良流态出现，溢洪道出口挑坎在200m3/s时仍能顺利起挑(两年一遇洪水，泄流量约为370m3/s)，此时对应的闸
门开度约为1.65m，但由于此时泄洪放空洞全开，因此下游水位较高，溢洪道水舌进入了下游河道的水体校核工况(七个工况中，此工况溢洪道流量最大，闸门全开)
b. P=5%工况(七个工况中，此工况溢洪道流量最小，闸门局开)
图4.18 优化方案I，不同工况，溢洪道流态照片
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4.4.2 水深及流速
因优化方案I体型与原设计体型相比，溢洪道宽度发生了改变，并且堰面曲线也进行了修改，因此原设计方案时布置的水深，压力测点不满足要求，重新布置后的测点情况见表4.7，其中测点的0.00桩号与溢0+000.0桩号相重合。

不同工况，各测点的水深测量结果列于表4.8中。

图4.19为对应各工况实测
沿程水深分布。

由于运行方式的原因，溢洪道在绝大多数工况均为局开，只有百年一遇以上洪水闸门才为全开，根据实测结果，溢洪道沿程水深在堰顶最大，校核工况时约为7.8m，然后沿程逐渐减小，在挑坎的反弧底部达到最小，然后因挑坎出
口高程的增加，流速减小，水深略有所增加。

对于局开工况，表4.7中测点编号为2对应的水深大约为闸门开度，根据泄流量，可算得闸门处的断面平均流速，然后采用能量方程，可算得溢洪道沿程的流速分布，表4.8为各工况下计算的沿程流速。

根据计算结果，溢洪道沿程的最大流速约为35m/s，出现在反弧段底部。

各工况下溢洪道流速在桩号280m(高程约为365m)以后大于30m/s，易发生空化空蚀。

表4.7 不同工况溢洪道沿程水深
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表4.8 不同工况溢洪道沿程流速
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a. P=50%工况
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b. P=33.3%工况
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