高密市王吳水庫溢洪道消能工試驗研究

徐運海，郝曉輝，何文龍

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；2.東明黃河河務局，山東 東明 274500）

高密市王吳水庫溢洪道消能工試驗研究

徐運海1，郝曉輝1，何文龍2

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；2.東明黃河河務局，山東 東明 274500）

【摘要】王吳水庫溢洪道控制段分為西、東溢洪閘兩部分，兩閘之間為一臺地。模型試驗中將溢洪道調整為二級消能，即恢復西閘后一級消力池，二級消力池水平段延長5m，并延長中心導流墻，泄槽增設橫比降。水工模型試驗表明，采用上述措施水流流態得到明顯改善，消能效率增加。

【關鍵詞】王吳水庫；溢洪道；消能工；試驗研究

王吳水庫位于高密市柏城鎮褚家王吳村南的膠河中上游，樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、放水洞和水電站組成，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、供水、水產養殖、發電等綜合利用的中型水庫。王吳水庫溢洪道位于副壩左側，由進口渠、控制段、泄槽段、消能段和出水渠5部分組成。控制段分為西溢洪閘和東溢洪閘2部分，2個溢洪閘之間為一臺地，二者于樁號0+105處交匯。

1　初步設計消能方案

王吳水庫溢洪道消能工選用底流消能型式。溢洪道東、西溢洪閘閘室各設置 3孔閘，東閘閘底板高程46.5m，堰頂高程47.0m；西閘閘底板頂高程為48.0m。閘室布置在0＋000～0＋019.5段，消力池位于0+360～0+396段，設計水平段長21m，池深2.0m，水平段上游設1∶4的斜坡，寬度為40m。泄槽采用梯形斷面，底寬由33m漸變至50.5m，并在樁號0+100處與東閘泄槽匯合，匯合后泄槽底寬101m。泄槽左岸0+144～0+270段平面上呈圓弧狀，轉彎半徑131m，轉角49°；右岸0+ 050～0+210段平面上呈圓弧狀，轉彎半徑221m，轉角49.6°。泄槽寬由樁號0+100的101m漸變至樁號0+270的40.0m，樁號0+270以下等寬。

2　試驗研究模型及內容

按重力相似準則設計模型，試驗范圍為溢洪道整體，試驗模型幾何比尺1∶40，正態。水位采用水位測針測量，流量采用矩形薄壁堰測量，流速采用多功能智能流速儀測量；脈動壓力采用中國水科院的DJ800型多功能監測系統測量。

試驗內容主要是驗證溢洪道水閘及泄槽的過流能力，提供水流流態及消能情況、渲泄各標準洪水時水流流態；提供泄槽和出水渠水位～流量關系曲線，消力池底板及邊墻的脈動壓力試驗，確定池底合理的排水型式；通過試驗，確定消力池最佳位置、型式、尺寸等。提供水閘不同開度、水位的水位流量關系，以便管理單位調度使用。

3　原消能方案試驗成果

設計采用一級消能，消力池位于0+360～0+ 396段。試驗表明，20年一遇洪水（P=5%）時，由于泄槽段折沖水流的影響，進入消力池的主流偏向右岸，池內左側產生回流，消力池內水躍不對稱，消力池進池最大流速為8.25m/s，出池最大底流速為5.26m/s；水躍長度左岸34m，右岸44m。試驗得知，消力池水平段長度不足，水流不能很好地在池內進行摻混、消能，消能不充分。

30年一遇洪水（P=3.33%）時，消力池進池流速9.44m/s；出池最大底流速為5.19m/s；水躍長度分別為左岸38.6m，右岸42m。消能工設計為30年一遇設計標準，由于東、西溢洪閘兩股水流在泄槽段交互作用，進入消力池上游直線段后，折沖水流強度減弱，進池斷面流速分布較均勻，消能不充分，消力池水平段長度依然不足。

50年一遇洪水（P=2%）消能試驗時，消力池進池流速8.27m/s；出池最大底流速為4.38m/s；此工況下由于流量加大，水深增高，水流在泄槽段左右搖擺不定，進入消力池斷面流速分布不均勻，消能效果不明顯。

4　消能工方案優化及研究

4.1消能工優化措施

1）消能工采用二級消能，包括恢復西溢洪閘原閘后一級消力池，位于樁號0+19.5~0+040之間，池深1.5m，池長20.5m。

2）二級消力池水平段長度增加5m，即消力池位于0+360～0+401段，水平段長26m，其余不變。

3）為調整水流流態，減小水流折沖，將泄槽段軸線上的中間導墻向下游延長至樁號0+210處，末端導墻高1.2m，0+210處導墻寬1m。將泄槽分為左、右槽兩部分，樁號0+210以上各行其道。

增加左、右槽槽底橫向坡，右側槽底（樁號0+ 070~0+210）抬高1.0m，左側槽底（樁號0+100~ 0+193）原設計高程不變，上游連接段自然過渡至樁號0+055，下游連接段自然過渡至0+250；左槽右側槽底（樁號0+070~0+210）抬高0.7m，左側槽底（樁號0+100~0+193）原設計高程不變，上游連接段自然過渡至樁號0+055，下游連接段自然過渡至0+250。

4.2優化方案試驗成果

1）閘后一級消力池。西溢洪閘閘后消力池消能效果顯著，明顯改善水流條件，水流能量降低，流態良好，基本消除了原設計方案中出現的折沖水流、回流等不良流態。在20年、30年和50年一遇洪水情況下，閘后消力池的消能效率分別為41%、41%以及33%，消能效果較好。調整后，一、二級消力池工作情況見圖1、2。

2）二級消力池。消力池加長后，水流流態有所改善。對于20年一遇設計洪水，進入消力池的水流分布較均勻，平均流速為8.82m/s，與原設計方案比較，8.25m/s相差不大，但明顯減小了原設計方案中消力池左側的回流區。

消能段消力池消能效果良好。泄槽段水流流態的改善，也使得消力池進池水流較均勻，消力池左右岸兩側的漩渦水流明顯減小。20年一遇洪水時，消力池消能效率為37%；30年一遇洪水時，消力池消能效率為38%；50年一遇洪水時消力池消能效率為21%。

50年一遇洪水時泄槽最大水深4.62m，較原設計方案的6.63m降低2m；增設橫向坡降，減少了溢洪道左右岸水面的高差，使得水面線趨于平穩；保證了消能效果的正常發揮。

圖1　一級消力池工作情況

圖2　二級消力池工作情況

5　結語

對原設計消能方案進行優化，并采用模型試驗驗證，試驗表明，采用二級消能工后，消能效果顯著提升。延長中間導流墻的長度及增加橫比降較為合理。當溢洪道下泄中、小流量洪水時，導流墻兩側水流互不影響，保證了水流平順。當溢洪道下泄大流量洪水時，槽內水流漫過導流墻，但一部分水流仍受到導流墻的“導流”和“阻擋”作用，從而改善了導流墻兩側的水流條件，使得彎道水流的環流作用減弱，泄槽凹、凸岸水流不均勻的現象較原設計方案減弱很多。

（責任編輯 趙其芬）

【中圖分類號】TV697

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-02-0037-02

收稿日期：2014-12-25

作者簡介：徐運海（1963—），男，高級工程師