水工模型試驗在柏峰水庫除險加固工程溢洪道消力池設計中的應用

葉俊飛

（義烏市水務局 浙江 義烏 322000）

1 工程概況

柏峰水庫位于浙江省義烏市赤岸鎮柏峰村，壩址以上控制徑流面積23.4km2。水庫按50年一遇洪水設計，2000年一遇洪水校核，正常水位122.50米，正常庫容2010萬m3；校核水位125.12米，總庫容2317萬m3。

柏峰水庫原泄洪設施為開敞式側槽溢洪道，本次水庫除險加固后，進水口仍采用開敞式側槽溢流堰，堰頂高程為正常蓄水位122.50m，堰體凈寬50m。溢洪道由溢流堰、漸變段、調整段、泄槽和消力池等組成，溢洪道工程具體布置圖（詳見圖1）。當庫水位高于122.50m時，水庫通過溢洪道自動泄洪。溢洪道采用水墊塘形式消能，消能防沖標準按30年一遇過水流量（170m3/s）設計。

2 試驗由來

按除險加固工程原溢洪道施工圖，消力池出口寬為15米（出口需拓寬5米），左右岸擋墻頂部高程為91.2米（擋墻頂部高于旁邊村邊道路路面3米多）。由于現狀消力池及下游河道附近房屋密集，按圖紙施工將影響河道邊村民的日常生活，消力池工程政策處理難度很大。設計單位經過認真考慮后，提出增加二級消力池加強消能的設計設想，即在一級消力池后45°彎道段布置二級池。由于一、二級消力池布置特殊，消力池水位還受下游河道防洪標準僅為5年一遇，過水能力不足產生的水位頂托影響，消力池水流條件十分復雜，采用常規的公式計算泄洪水面線存在較大的難度[1]。為改善溢洪道消力池的水流條件，減少工程實施后對消力池及其下游河道附近居民的影響，工程建設指揮部專門委托浙江省水利河口研究院對溢洪道做了水工模型試驗。

圖1 溢洪道消力池工程原設計布置圖

3 模型試驗總體過程

3.1 確定模型試驗方案

針對柏峰水庫溢洪道工程的實際情況，水利河口研究院擬定了按實際比例1:30制作柏峰水庫溢洪道消力池水工模型，再以170m3/s（溢洪道消能設計30年一遇）和97m3/s（下游河道防洪標準僅為5年一遇）兩種過水流量標準，對消力池和下游河道進行了過水試驗，最終得出具體的消力池和下游河道水面線情況的試驗方案[2]。

為達到降低溢洪道消力池附近沿程水面線高程的研究目的，試驗通過對消力池及其附近下游河道的水流流態及水面線觀測，不斷地調整消力池及其附近河道的平剖面布置方式，做了九個試驗方案（共12組次的試驗），最終得出了溢洪道消力池的最佳布置方案。九個試驗方案詳見表1。

表1 模型試驗組次表

3.2 試驗成果及消力池最優方案的確定[3]

3.2.1 各組次設計方案試驗成果

通過觀測計算，一、二級消力池的最高水面線的成果見表2。

表2 各組次模型試驗消力池最高水位匯總表

3.2.2 消力池最優方案的確定

為盡量降低溢洪道消力池內的水面線高程，經多次試驗，水利河口研究院提出了柏峰水庫溢洪道消力池的最優方案：

（1）一級消力池中交錯布置兩排消力墩，尾坎頂高程由86.50m降低至85.10m左右（左側85.10m，右側84.60m）；

（2）二級消力池，底高程由85.50m降低至84.50~84.00m（設置5%橫坡降，左側消力池底板頂高程為84.50m，右側底板頂高程84.00m），另右側擋墻外擴1.5m，以圓弧與下游河道平順銜接；

（3）下游河道底高程疏浚至84.50m。

4 工程設計中對試驗成果的應用

工程設計單位浙江省水利水電勘測設計院根據水工模型試驗成果對溢洪道消力池進行了修改，修改后的方案（詳見圖2）為：

4.1 一級消力池寬度為10m，左右岸邊墻頂高程為90.35m，在一級消力池底板上增設7個消力墩。消力坎高程調整為85.00m。

圖2 溢洪道消力池工程最終設計布置圖

4.2 二級消力池左右岸擋墻頂高程為90.35m~88.70m.寬度10m~11.5m~10m，左岸擋墻采用直立式，右岸擋墻采用半徑12.5m的圓弧式。

4.3 下游河道進行疏浚加固，疏浚加固后河道寬10m，底板高程為84.5m，左右側擋墻頂高程為88.70m~88.55m。

5 結語

水工模型試驗在柏峰水庫除險加固溢洪道工程中得到了較好的應用，工程設計單位依據試驗成果對消力池工程設計方案進行了修改，消力池擋墻高度降低了2.5m，成功的解決了原先方案消力池擋墻高度過高將對河道附近村民日程生活產生影響的問題，為消力池工程的順利實施創造了有利的條件，確保了水庫除險加固工程的順利實施。

［1］SL253-2000溢洪道設計規范[S].2000:20-52.

［2］成都科技大學水力學教研室,編.水力學:上、下冊[M].2版.高等教育出版社,2009:157-162.

［3］浙江省水利河口研究院,編.義烏市柏峰水庫除險加固工程溢洪道消力池水工模型試驗研究報告[R].2011:18-25.