某水利枢纽工程溢洪道模型试验研究

后，试验并详细观测此方案的溢
卵砾石层，结构密实。 挑流鼻坎长１５．５ ｍ，宽１０ ｍ，鼻坎半径２２．０ ｍ，
挑角２７．５８。，鼻坎高程６０７．４９１ ｍ。溢洪道平面布置 图见图ｌ。
洪道运行水位流量关系及典型洪 水位时开度流量关系，以及在正常蓄水位、设计洪水 位、校核洪水位的不同开度条件下的水面线及流速分 布、沿程动水压强分布、出口挑坎的挑距及起挑流量 等wenku.baidu.com数。
表３各种工况下１：５陡槽段内最大水深及其位置（桩号）
运行工况
泄流量 开度
最大
／ｍ３．ｓ—ｌ 水深／ｍ
位置（桩号）
设计边墙
高彬ｍ
正常蓄水位（６５０Ｌ ００ ｍ） 全开 ５５３．８５ ４．５２ ０＋１４９中心
６
设计洪水位（６觚３９ ｍ） 垒：开 ５８９．２１ ５．６０ ０＋１７０右边墙
６
校核洪水位（６５３．３６ ｍ） 全开 ８５７．６８ 矗Ｏ ０＋１７５右边墙
１ 工程概况
某水利枢纽工程位于新疆阿勒泰市境内的某河峡 谷出山口上游处，该工程开发任务是农牧业灌溉和生 态用水，并兼顾发电。枢纽工程由沥青混凝土心墙 坝、泄洪兼导流洞、开敞式溢洪道、发电引水洞、厂 房、灌溉引水隧洞、倒虹吸及引水渠道等建筑物组 成。
工程为Ⅱ等工程，工程规模为大（２）型。水库总 库容１．７６亿ｍ３，最大坝高６３．００ ｍ，水库正常蓄水 位６５０．０ ｉｎ，死水位６４６．５ ｍ，死库容１．０４６亿Ｉｎ３。电 站装机容量５ ＭＷ，多年平均发电量０．１８９亿ｋＷ·ｈ。 溢洪道由进口引渠段、控制段、泄槽段、消能段等组 成。
试验模型共布设了４５个测压孔，控制段１８个， １：１５陡槽段９个，１：５陡槽段８个，挑流鼻坎反弧 段１０个。测定了各种工况下溢洪道的动水压强沿程 分布见表４。
表４及试验表明：溢洪道陡槽段所有工况条件下 的动水压强最小值均位于变坡点下游附近处（桩号０ ＋２１３．８４６），实测压强最小值为１．０４ ｍ，计算空化 数为０．６７，其他工况下计算相应的空化数都在０．３
水利水电技术第４２卷２０１１年第２期
某水利枢纽工程溢洪道模型试验研究
顾佳俊１”，赵向波２，王建２
（１．新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐８３００５２； ２．新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆乌鲁木齐８３００００）
摘要：通过某水利枢纽溢洪道单体水工模型试验验证，对枢纽布置方案的水力学性能及不同流量时
泄流量 最大
开度
／ｍ５．ｓ一１
水深／ｍ
位置（桩号）
设计边墙
高膨ｍ
正常蓄水位（６５０．００ ｍ） 垒：开 ５５３．８５ ５．９２ ０＋０７７中心
１１．５
设计洪水位（６５０．３９ ｍ） 全开 鼹９．２ｌ ＆Ｏ ０＋０６０右边墙
１１．５
校核洪水位（６５３．３６ ｍ） 全开 ８卯．６８ ｌ ０．Ｏ ０＋０６１．６右边墙 １１．５
弱风化层为２．５～３．５ ｍ／ｓ、新鲜 基岩为５．０～６．０ ｍ／ｓ。
３模型试验分析
３．１原设计方案试验
在制作并率定好的溢洪道水
工模型上首先进行了溢洪道原设
计方案的验证试验：观测分析各
图１ 新疆克孜加尔水库枢纽溢洪道水工模型布置图（长度单位：ｍｌｎ）
工况溢洪道各过流部位的流态、 流速及压力分布等；观测分析设 计和校核工况下溢洪道挑流冲坑
２试验模型设计
根据合同要求、试验内容及试验供水、场地等条 件，模型按照重力相似准则设计，其模型几何比尺为 Ａ￡＝４０。流量比尺：ＡＤ＝１０ １１９．３。流速比尺：Ａ。＝ ６．３２。糙率比尺：Ａ。＝１．８５。时间比尺：Ａ。＝６．３２。 泥沙粒径比尺：Ａｄ＝４０。
在模型平台上根据设计单位提供的资料尺寸，严 格按照几何相似缩制，模型由高水箱、驼峰堰控制 段、陡坡段、挑流消能段及量水设备组成。下游动床
出口段：出口段采用挑流消能，挑流坎布置在河 岸基岩上，岩性为第四系全新统坡积碎石土、冲积砂
收稿日期：２０１０—１１－３０ 作者简介：顾佳俊（１９７８一），男，工程师，在读工程硕士。
Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｒａ唧ｏｗｅ，Ｅｎｇｉｎｅ州ｎｇ ＶｏＬ ４２ Ｎｏ．２
顾佳俊，等∥某水利枢纽工程溢洪道模型试验研究
３．２．１ 水位流量关系 试验测定了６４３．５—６５３．３６ ｍ等２０多种不同洪
水位时溢洪道的下泄流量，测得的各典型洪水位时溢 洪道的下泄流量见表１。
表１ 各典型洪水位时溢洪道的下泄流量 ｍ３／ｓ
项目
正常蓄水位 （６５０．ＯＯ ｍ）
设计洪水位 （６５０．３９ ｍ）
校核洪水位 （６５３．３６ ｍ１
流量试验值 流量设计值
文章编号：１０００．０８６０（２０１１）０２．００７６．０３
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ａ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ＧＵ Ｊｉａｊｕｎｌ”，ＺＨＡＯ Ｘｉａｎｇｂ０２，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ２
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｔｌｒｏｍｅｈｉ ８３００５２，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｅｒｔｉｘ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎ Ｄｅｖｅ ｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｊｅｃｔ，Ｏｒｔｔｍｃｈｉ ８３００００，Ｘｉｎｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
５５３．８５
５８９．２１ ５８６．７５
８５７．６８ ８４９．９４
冲坑形成的模拟采用散粒体法，按给定的基岩抗冲流 速。由伊兹巴斯公式计算冲料粒径
ｖＩ＝Ｋ矗
式中，Ｅ为抗冲流速，Ｋ为经验系数，其取值范围一 般为５—７ ｍＴ／ｓ。强风化层允许抗冲流速为１．０ ｍ／ｓ、
由表ｌ可见，设计、校核洪水位时溢洪道下泄流 量的试验值均大于计算值，结果说明在设计、校核洪 水位情况下，溢洪道的泄流能力均能满足泄洪要求。 ３．２．２溢洪道的水面线
万方数据
进口引渠段：引渠段布置在右侧坝肩岸坡上，引 渠长７１．７ ｍ，该段基岩裸露，岩性为花岗片麻岩， 岩层走向与溢洪道近垂直。
控制段：堰型采用驼峰堰，堰顶高程６４２．５０ ｍ。 堰高２．５ ｍ，堰后接１：１５陡坡段，采用弧形工作门 挡水，另设平板检修门。控制段长２５．０ ｍ。
泄槽段：泄槽主要通过坝肩岸坡，长２５０ ｍ，基 岩裸露，岩性为变质砂岩、黑云母斜长花岗岩互层， 岩体坚硬，抗冲蚀能力强。
形态。
试验结果表明此时溢洪道
进口由于直角连接，流态较紊 乱，局部壅高，在设计水位和
校核水位情况下，驼峰堰的堰
流流态不明显，影响了堰的过
流能力，经与设计单位沟通，
将闸前进口形式改为１／４圆弧
连接（半径为１０ ｍ），进口引渠
段底宽改为２０ ｍ（见图２）。
３．２修改方案试验
在进口形式改为圆弧连接
图２溢洪道进口修改图（圆弧方案）（长度单位：ｍｍ）
万方数据
以上，而《溢洪道设计规范》中折坡的初始空化数取 ０．３，因此陡槽段压强试验计算空化数都大于初始空 化数。相对安全。但考虑到两种工况空化数为０．３８ 及０．４１，比较接近临界值，加上槽内流速较高，可 以考虑设置掺气槽。
表４各种工况下溢洪道陡槽段的最小压强值
运行工况
下泄流量 最小
开度
位置（桩号） 空化数
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｉｌｌｗａｙ ｏｆ ａ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｅｖａｌｕａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｉｐ ｂｕｃｋｅｔ ａ咒ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒａｆｉｏｎａｌｉｆｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｎｏｗ ｗｅｉｒ，ｏｇｅｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｉｐ ｂｕｃｋｅｔ Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ ｓｃｏｕｒｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｆｉｖｅｒ ｃｈａｎｎｅｌ ａｎｄ ｂａｎｋ ｓｌｏｐｅ ａｒｅ ｊｕｄｇｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｐｉｌｌｗａｙ；ｍｏｄｅｌ ｔｅｓｔ；ｆｌｏｗ ｐａＲｅｍ；ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ；ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｘｉｎｊｉａｎｇ
／ｍ３．ｇ一１ 压强／ｍ
正常蓄水位（６５０．００ ｍ） 全开 ５５３．８５ 设计洪水位（６５０．３９ ｍ） 全开 ５８９．２１ 校核洪水位（６５３．３６ ｍ） 全开 ８５７．６８
１．０４ ０＋２１３．８４６ １．３２ Ｏ＋２１３．８４６ ２．００ Ｏ＋２１３．８４６
０．５ｌ Ｏ．５２ ０．４９
４结论
［Ｍ］．北京：水利出版社，１９８５． ［４］ 华东水利科学院．水工设计手册［Ｍ］．北京：水利出版社，
１９８２
［５］ 方宗岱，尹学良．水库淤积物干容重资料分析［Ｊ］．泥沙研究， １９５８，３（３）：４５—５１．
［６］ ＳＬ２５３－－２０００，溢洪道设计规范［ｓ］． ［７］ ＳＬ／Ｔ １９ｌ—９６，水工混凝土结构设计规范［ｓ］．
该工程溢洪道经模型试验、修改试验及其试验结 果分析可以得出如下结论：
（１）在正常蓄水位、设计、校核洪水位情况下， 溢洪道控制段能够满足泄流量要求。
（２）溢洪道１：１５陡槽段边墙高度能够满足最大 泄流要求，而且局部段还有一定富余，边墙高度可以 考虑适当降低；１：５陡槽段边墙前段高度不够，需要 加超高。
试验测定了正常蓄水位、设计洪水位不同开度工
水利水电技术第４２卷２０１１年第２期
万方数据
顾佳俊，等∥某水利枢纽工程溢洪道模型试验研究
况下溢洪道的下泄能力，测得的不同工况时溢洪道 １：１５陡槽段、１：５陡槽段的泄流量和水深分别见表２ 和表３。
表２各种工况下１：１５陡槽段内最大水深及其位置（桩号）
运行工况
的下游消能防冲设施作出评价，并提出了相应的改善措施。对溢流堰堰型、反弧段及挑流鼻坎体型设
计的合理性进行了评估，并提出了挑流鼻坎形式及体型的优化建议。最后，还对消能效果、河床及岸
坡冲刷情况进行了评价。
关键词：溢洪道；模型试验；流态；优化设计；水利枢纽；新疆
中图分类号：ＴＶ６５１（２４５）
文献标识码：Ｂ
（３）溢洪道陡槽段压力最小值为１．０４ ｍ；各种工 况下计算相应的空化数都大于其初始空化数，可见溢 洪道体型设计是合理的，相对安全。
参考文献：
［１］ ＳＬ一１５５２９５，水工模型试验规程［ｓ］． ［２］ 李建中．水力学［Ｍ］．西安：陕西科学技术出版社，２００２． ［３］ 水利水电科学研究院，南京水利科学研究院．水工模型试验
６
由表２可见，溢洪道１：１５陡槽段在设计、校核 洪水位下闸门全开时的最大水深均位于０＋０６０断面 前后，主要是由于断面收缩折冲水流摆动影响，校核 洪水位下水流间歇拍打边墙最大水深达到１０．０ ｍ； 设计洪水位及正常蓄水位时水流间歇拍打边墙最大水 深可达８ ｍ。不同洪水位其他开度时水深相对较低， 水流折冲现象明显，但间歇拍打边墙相对不高，相同 水位条件下不同开度的最大水深随开度增加向上游移 动，而此处边墙高为１１．５ ｍ，可以考虑根据最大水 深位置适当降低边墙高度。由表３可见，溢洪道１：５ 陡槽段在设计、校核洪水位下闸门全开时的最大水深 均位于０＋１７０断面前后，也是受上游折冲水流摆动 影响，校核洪水位下水流间歇拍打边墙最大水深超过 ６．０ ｍ；设计洪水位及正常蓄水位各种开度时水深都 在５．６ ｍ以下，而此处边墙高为６．０ ｍ，因此此处边 墙高度不能满足过流要求，需要在变坡点（桩号０＋ １４５）至桩号０＋２００之间加高边墙高度，另外边坡点 上游也需要适当加高边墙。 ３．２．３溢洪道沿程的动水压强