高密市王吴水库溢洪道消能工试验研究

徐运海，郝晓辉，何文龙

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.东明黄河河务局，山东 东明 274500）

高密市王吴水库溢洪道消能工试验研究

徐运海1，郝晓辉1，何文龙2

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.东明黄河河务局，山东 东明 274500）

【摘要】王吴水库溢洪道控制段分为西、东溢洪闸两部分，两闸之间为一台地。模型试验中将溢洪道调整为二级消能，即恢复西闸后一级消力池，二级消力池水平段延长5m，并延长中心导流墙，泄槽增设横比降。水工模型试验表明，采用上述措施水流流态得到明显改善，消能效率增加。

【关键词】王吴水库；溢洪道；消能工；试验研究

王吴水库位于高密市柏城镇褚家王吴村南的胶河中上游，枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、放水洞和水电站组成，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、供水、水产养殖、发电等综合利用的中型水库。王吴水库溢洪道位于副坝左侧，由进口渠、控制段、泄槽段、消能段和出水渠5部分组成。控制段分为西溢洪闸和东溢洪闸2部分，2个溢洪闸之间为一台地，二者于桩号0+105处交汇。

1　初步设计消能方案

王吴水库溢洪道消能工选用底流消能型式。溢洪道东、西溢洪闸闸室各设置 3孔闸，东闸闸底板高程46.5m，堰顶高程47.0m；西闸闸底板顶高程为48.0m。闸室布置在0＋000～0＋019.5段，消力池位于0+360～0+396段，设计水平段长21m，池深2.0m，水平段上游设1∶4的斜坡，宽度为40m。泄槽采用梯形断面，底宽由33m渐变至50.5m，并在桩号0+100处与东闸泄槽汇合，汇合后泄槽底宽101m。泄槽左岸0+144～0+270段平面上呈圆弧状，转弯半径131m，转角49°；右岸0+ 050～0+210段平面上呈圆弧状，转弯半径221m，转角49.6°。泄槽宽由桩号0+100的101m渐变至桩号0+270的40.0m，桩号0+270以下等宽。

2　试验研究模型及内容

按重力相似准则设计模型，试验范围为溢洪道整体，试验模型几何比尺1∶40，正态。水位采用水位测针测量，流量采用矩形薄壁堰测量，流速采用多功能智能流速仪测量；脉动压力采用中国水科院的DJ800型多功能监测系统测量。

试验内容主要是验证溢洪道水闸及泄槽的过流能力，提供水流流态及消能情况、渲泄各标准洪水时水流流态；提供泄槽和出水渠水位～流量关系曲线，消力池底板及边墙的脉动压力试验，确定池底合理的排水型式；通过试验，确定消力池最佳位置、型式、尺寸等。提供水闸不同开度、水位的水位流量关系，以便管理单位调度使用。

3　原消能方案试验成果

设计采用一级消能，消力池位于0+360～0+ 396段。试验表明，20年一遇洪水（P=5%）时，由于泄槽段折冲水流的影响，进入消力池的主流偏向右岸，池内左侧产生回流，消力池内水跃不对称，消力池进池最大流速为8.25m/s，出池最大底流速为5.26m/s；水跃长度左岸34m，右岸44m。试验得知，消力池水平段长度不足，水流不能很好地在池内进行掺混、消能，消能不充分。

30年一遇洪水（P=3.33%）时，消力池进池流速9.44m/s；出池最大底流速为5.19m/s；水跃长度分别为左岸38.6m，右岸42m。消能工设计为30年一遇设计标准，由于东、西溢洪闸两股水流在泄槽段交互作用，进入消力池上游直线段后，折冲水流强度减弱，进池断面流速分布较均匀，消能不充分，消力池水平段长度依然不足。

50年一遇洪水（P=2%）消能试验时，消力池进池流速8.27m/s；出池最大底流速为4.38m/s；此工况下由于流量加大，水深增高，水流在泄槽段左右摇摆不定，进入消力池断面流速分布不均匀，消能效果不明显。

4　消能工方案优化及研究

4.1消能工优化措施

1）消能工采用二级消能，包括恢复西溢洪闸原闸后一级消力池，位于桩号0+19.5~0+040之间，池深1.5m，池长20.5m。

2）二级消力池水平段长度增加5m，即消力池位于0+360～0+401段，水平段长26m，其余不变。

3）为调整水流流态，减小水流折冲，将泄槽段轴线上的中间导墙向下游延长至桩号0+210处，末端导墙高1.2m，0+210处导墙宽1m。将泄槽分为左、右槽两部分，桩号0+210以上各行其道。

增加左、右槽槽底横向坡，右侧槽底（桩号0+ 070~0+210）抬高1.0m，左侧槽底（桩号0+100~ 0+193）原设计高程不变，上游连接段自然过渡至桩号0+055，下游连接段自然过渡至0+250；左槽右侧槽底（桩号0+070~0+210）抬高0.7m，左侧槽底（桩号0+100~0+193）原设计高程不变，上游连接段自然过渡至桩号0+055，下游连接段自然过渡至0+250。

4.2优化方案试验成果

1）闸后一级消力池。西溢洪闸闸后消力池消能效果显著，明显改善水流条件，水流能量降低，流态良好，基本消除了原设计方案中出现的折冲水流、回流等不良流态。在20年、30年和50年一遇洪水情况下，闸后消力池的消能效率分别为41%、41%以及33%，消能效果较好。调整后，一、二级消力池工作情况见图1、2。

2）二级消力池。消力池加长后，水流流态有所改善。对于20年一遇设计洪水，进入消力池的水流分布较均匀，平均流速为8.82m/s，与原设计方案比较，8.25m/s相差不大，但明显减小了原设计方案中消力池左侧的回流区。

消能段消力池消能效果良好。泄槽段水流流态的改善，也使得消力池进池水流较均匀，消力池左右岸两侧的漩涡水流明显减小。20年一遇洪水时，消力池消能效率为37%；30年一遇洪水时，消力池消能效率为38%；50年一遇洪水时消力池消能效率为21%。

50年一遇洪水时泄槽最大水深4.62m，较原设计方案的6.63m降低2m；增设横向坡降，减少了溢洪道左右岸水面的高差，使得水面线趋于平稳；保证了消能效果的正常发挥。

图1　一级消力池工作情况

图2　二级消力池工作情况

5　结语

对原设计消能方案进行优化，并采用模型试验验证，试验表明，采用二级消能工后，消能效果显著提升。延长中间导流墙的长度及增加横比降较为合理。当溢洪道下泄中、小流量洪水时，导流墙两侧水流互不影响，保证了水流平顺。当溢洪道下泄大流量洪水时，槽内水流漫过导流墙，但一部分水流仍受到导流墙的“导流”和“阻挡”作用，从而改善了导流墙两侧的水流条件，使得弯道水流的环流作用减弱，泄槽凹、凸岸水流不均匀的现象较原设计方案减弱很多。

（责任编辑 赵其芬）

【中图分类号】TV697

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-02-0037-02

收稿日期：2014-12-25

作者简介：徐运海（1963—），男，高级工程师