某水利枢纽工程溢洪道模型实验研究

某水利枢纽工程溢洪道模型实验研究

摘要：水利枢纽工程的建设在我国各大工程建设中占据重要地位，也是我国水利工程中建设中必须走的一步，通过对水利枢纽溢洪道建设进行模拟实验，不仅可以对枢纽布置方案的水力学性能和不同水流量的下游消能防冲各设施进行合理有效评价，同时也可以在此基础上提出改善措施。此外，还可以对反弧段型和挑流鼻坎体型的设计进行合理有效的评估，在评估之后还可以提出优化各种形式和体型的建议。

关键词：溢洪道；模拟实验；水利枢纽

1 某一水力枢纽工程的整体概况

要想对水力枢纽工程溢洪道进行有效的模拟实验，首先必须了解这一水利工程的情况，之所以要解决新疆阿勒泰市境内的某水利枢纽工程的某一河流峡谷出口上游处的水利工程问题，是为了周围地区的农业灌溉和生态用水问题，同时也可以利用充足的水资源进行发电。此水力是由由多方面要素组成的，分别是沥青混凝土心墙坝、泄洪设备和引导水流的设备、开敞式溢洪道、发电使用的引水洞、发电过程中建设的厂房、灌溉农业使用的饮水随动、倒虹吸引水渠道等建筑物组成。

这一水力枢纽工程按照全国划分的等级来说，属于二等工程，按照规模划分，属于二等规模。其中，水库的总容量达到1.76亿平方米，水库中设有多个堤坝，其中最高的堤坝大概63.00m，而水库的正常情况下的蓄水量可以达到650.0m，死水位达到646.5m。之

所以可以用来进行大规模的发电，是因为这一水库中设立的电站装机容量可以达到5mv，多年的平均发电量可高达0.189亿kw/h。其中，水库中的溢洪道主要是由引导水流部分、控制水流部分、泄槽部分和消能部分组成。[1]

其中，进口引导水流部分的主要特点是引导水流渠道的设置基本上都是在右侧坝肩岸坡上，引水渠道的总长度为71.7m，由于长期受流水的击打和冲击，此部位基本上都是裸露的基岩，岩性基本上是花岗片麻岩，并且这些岩层的走向与溢洪道是接近垂直的。在水流的控制部分的堰型采用的是驼峰堰，这是一种很特别的堰型，堰顶的高度达到642.50m，堰后所接的陡坡段的比例基本上是1：15，挡水所使用的设备主要是弧形工作门，为加固这种挡水的设备，另外设置了平板检修门，整体的控制部分长度为25.0m。泄槽部分主要是通过坝肩岸坡，总长度为250m，此段的基岩也基本呈现裸露的状态，岩性为变质砂岩，岩体的主要特征是坚硬，因此，这种岩体的抗冲击力超强。出口部分采用的是挑流消能，河岸基岩上主要是挑流坎的布置，这种河岸基岩主要的第四系全新统坡击碎石土，其结构可以说是非常结实和严密的。挑流鼻坎的总长度为15.5m，总宽度为10m，挑角27.58，鼻坎高程607.491m。

2 水力枢纽工程试验模拟设计

对于水力枢纽工程的建设，是必须签订相关合同的，合同主要是对工程建设的质量建设提出一定的要求，因此，在工程进行试验模拟时，应按照合同的要求，来设定试验模拟的具体内容以及实验供

水、场地布置等条件。在建立模型的过程中，首先应按照重力相似准则对水力枢纽工程进行有效设计，其中的几何模型比例尺应该是40，而流量的比例尺应该是10119.3，流速比例尺应该为6.32，粗糙率的比例尺应该是1.85，时间比例尺应该为6.32，最后则应确定泥沙粒径比例尺为40。[2]

由伊兹巴斯公式计算冲料粒径

vs= kd

式中，vs 为抗冲流速，k为经验系数，其取值范围一般为5～7m 二分之一次方/s。强风化层允许抗冲流速为1.0m/s，弱风化层为

2.5～

3.5m/s新基岩为5.0～6.0m/s。

3 水力枢纽工程模型试验分析

3.1 对原设计方案实验的研究

在进行制作溢洪道水工模型时，一般比较注重原设计方案的验证实验的研究，对于溢洪道中的水工状况的测试一般是通过各种过流部位的流态和流速和压力分布等进行的，对于实验结果的分析一般是从观测和校核水工状况下的溢洪道挑流冲坑形态实验进行的，从实验的结果可以明确的分析出溢洪道之所以会影响堰的过流能力，是因为溢洪道进口是通过直角连接的，流态非常紊乱，在设计水位和校核水位的形势下，驼峰堰的堰流流态并不是很明显。为解决这一问题，必须与设计单位和设计人员进行必要的沟通，将闸前进口形式改为1/4圆弧连接（半径为10m），进口引渠段底宽改为20m。

3.2 对修改方案试验的研究和分析

在进口形式改为圆弧连接后，试验并详细观测此方案的溢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参数。[3] 试验测定了643.5～653.36m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，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试验测定了正常蓄水位设计洪水位不同开度工况下溢洪道的下泄

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1和表2。

表1 各种工况下1∶15陡槽段内最大水深及其位置（桩号）

表2 各种工况下1∶5陡槽段内最大水深及其位置（桩号）

由表1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10.0m；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8m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11.5m，可以考虑根据最大水深位置适当降低边墙高度由表2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6.0m；设计洪水位及正常蓄水位各种开度时水深都在5.6m以下，而此处边墙高为6.0m，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。

参考文献

[1]sl-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，2008.

[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[m].北京水利出版社，2008.