水工模型试验在柏峰水库除险加固工程溢洪道消力池设计中的应用

叶俊飞

（义乌市水务局 浙江 义乌 322000）

1 工程概况

柏峰水库位于浙江省义乌市赤岸镇柏峰村，坝址以上控制径流面积23.4km2。水库按50年一遇洪水设计，2000年一遇洪水校核，正常水位122.50米，正常库容2010万m3；校核水位125.12米，总库容2317万m3。

柏峰水库原泄洪设施为开敞式侧槽溢洪道，本次水库除险加固后，进水口仍采用开敞式侧槽溢流堰，堰顶高程为正常蓄水位122.50m，堰体净宽50m。溢洪道由溢流堰、渐变段、调整段、泄槽和消力池等组成，溢洪道工程具体布置图（详见图1）。当库水位高于122.50m时，水库通过溢洪道自动泄洪。溢洪道采用水垫塘形式消能，消能防冲标准按30年一遇过水流量（170m3/s）设计。

2 试验由来

按除险加固工程原溢洪道施工图，消力池出口宽为15米（出口需拓宽5米），左右岸挡墙顶部高程为91.2米（挡墙顶部高于旁边村边道路路面3米多）。由于现状消力池及下游河道附近房屋密集，按图纸施工将影响河道边村民的日常生活，消力池工程政策处理难度很大。设计单位经过认真考虑后，提出增加二级消力池加强消能的设计设想，即在一级消力池后45°弯道段布置二级池。由于一、二级消力池布置特殊，消力池水位还受下游河道防洪标准仅为5年一遇，过水能力不足产生的水位顶托影响，消力池水流条件十分复杂，采用常规的公式计算泄洪水面线存在较大的难度[1]。为改善溢洪道消力池的水流条件，减少工程实施后对消力池及其下游河道附近居民的影响，工程建设指挥部专门委托浙江省水利河口研究院对溢洪道做了水工模型试验。

图1 溢洪道消力池工程原设计布置图

3 模型试验总体过程

3.1 确定模型试验方案

针对柏峰水库溢洪道工程的实际情况，水利河口研究院拟定了按实际比例1:30制作柏峰水库溢洪道消力池水工模型，再以170m3/s（溢洪道消能设计30年一遇）和97m3/s（下游河道防洪标准仅为5年一遇）两种过水流量标准，对消力池和下游河道进行了过水试验，最终得出具体的消力池和下游河道水面线情况的试验方案[2]。

为达到降低溢洪道消力池附近沿程水面线高程的研究目的，试验通过对消力池及其附近下游河道的水流流态及水面线观测，不断地调整消力池及其附近河道的平剖面布置方式，做了九个试验方案（共12组次的试验），最终得出了溢洪道消力池的最佳布置方案。九个试验方案详见表1。

表1 模型试验组次表

3.2 试验成果及消力池最优方案的确定[3]

3.2.1 各组次设计方案试验成果

通过观测计算，一、二级消力池的最高水面线的成果见表2。

表2 各组次模型试验消力池最高水位汇总表

3.2.2 消力池最优方案的确定

为尽量降低溢洪道消力池内的水面线高程，经多次试验，水利河口研究院提出了柏峰水库溢洪道消力池的最优方案：

（1）一级消力池中交错布置两排消力墩，尾坎顶高程由86.50m降低至85.10m左右（左侧85.10m，右侧84.60m）；

（2）二级消力池，底高程由85.50m降低至84.50~84.00m（设置5%横坡降，左侧消力池底板顶高程为84.50m，右侧底板顶高程84.00m），另右侧挡墙外扩1.5m，以圆弧与下游河道平顺衔接；

（3）下游河道底高程疏浚至84.50m。

4 工程设计中对试验成果的应用

工程设计单位浙江省水利水电勘测设计院根据水工模型试验成果对溢洪道消力池进行了修改，修改后的方案（详见图2）为：

4.1 一级消力池宽度为10m，左右岸边墙顶高程为90.35m，在一级消力池底板上增设7个消力墩。消力坎高程调整为85.00m。

图2 溢洪道消力池工程最终设计布置图

4.2 二级消力池左右岸挡墙顶高程为90.35m~88.70m.宽度10m~11.5m~10m，左岸挡墙采用直立式，右岸挡墙采用半径12.5m的圆弧式。

4.3 下游河道进行疏浚加固，疏浚加固后河道宽10m，底板高程为84.5m，左右侧挡墙顶高程为88.70m~88.55m。

5 结语

水工模型试验在柏峰水库除险加固溢洪道工程中得到了较好的应用，工程设计单位依据试验成果对消力池工程设计方案进行了修改，消力池挡墙高度降低了2.5m，成功的解决了原先方案消力池挡墙高度过高将对河道附近村民日程生活产生影响的问题，为消力池工程的顺利实施创造了有利的条件，确保了水库除险加固工程的顺利实施。

［1］SL253-2000溢洪道设计规范[S].2000:20-52.

［2］成都科技大学水力学教研室,编.水力学:上、下册[M].2版.高等教育出版社,2009:157-162.

［3］浙江省水利河口研究院,编.义乌市柏峰水库除险加固工程溢洪道消力池水工模型试验研究报告[R].2011:18-25.