導(dǎo)語(yǔ)：水庫(kù)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1工程概況

五嘎沖水庫(kù)是馬別河規(guī)劃的龍頭水庫(kù)，馬別河屬珠江流域西江水系－南盤江的一級(jí)支流，多年平均流量14.3m3/s，多年平均年徑流量4.51億m3。壩址距普安縣城60km，距青山鎮(zhèn)約10km，距興仁縣約50km。本樞紐工程泄水建筑物為3級(jí)，混凝土拱壩正常運(yùn)用時(shí)的洪水重現(xiàn)期為100a，非常運(yùn)用時(shí)的洪水重現(xiàn)期為1000a，相應(yīng)洪水下泄流量分別為1320m3/s和1790m3/s。

2貴州省普安縣五嘎沖水庫(kù)設(shè)計(jì)原方案試驗(yàn)

2.1泄洪放空底孔對(duì)泄洪放空底孔采用局部模型來(lái)測(cè)定，其幾何比尺Lr=1∶35。當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到校核水位1338.39m時(shí)，流量系數(shù)達(dá)到最大為0.801，試驗(yàn)泄流量為530.3m3/s，比設(shè)計(jì)計(jì)算的泄流量多下泄21.3m3/s。因此，該泄洪放空底孔的泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。2.2聯(lián)合泄洪2.2.1庫(kù)區(qū)及溢流堰面流態(tài)原設(shè)計(jì)方案閘門開(kāi)度情況:在P=3.33%，中孔閘門關(guān)閉，2孔閘門開(kāi)度e=3.66m;在P=1%，3孔閘門開(kāi)度e=4.74m;在P=0.1%，3孔閘門全開(kāi)。隨著下泄流量的加大，左孔內(nèi)的擾動(dòng)水流范圍也在加大，當(dāng)下泄流量達(dá)到校核流量時(shí)，左的擾動(dòng)水流的范圍超過(guò)了2/3的孔口寬度。在P=1%，3孔閘門開(kāi)度e=4.74m時(shí)，閘門開(kāi)度過(guò)大，導(dǎo)致經(jīng)過(guò)閘門的水流為自由溢流，未形成閘孔出流。2.2.2泄流能力隨著下泄流量的增加，含閘墩及邊墩影響的流量系數(shù)隨著堰上水頭的增加而增大，當(dāng)下泄流量達(dá)到817m3/s時(shí)，流量系數(shù)達(dá)到最大為0.472。此后，隨著下泄流量的增加，含閘墩及邊墩影響的流量系數(shù)隨著堰上水頭的增加而減小。當(dāng)下泄流量達(dá)到校核流量1281m3/s，此時(shí)流量系數(shù)為0.470，試驗(yàn)庫(kù)水位為，1338.50m，比設(shè)計(jì)庫(kù)水位高0.11m。因此，該溢流表孔泄流能力基本滿足設(shè)計(jì)要求。在P=3.33%、P=1%和P=0.1%頻率洪水時(shí)，聯(lián)合試驗(yàn)庫(kù)水位值均小于溢流表孔單獨(dú)泄洪的試驗(yàn)庫(kù)水位值。在P=0.1%頻率洪水時(shí)，聯(lián)合泄洪試驗(yàn)庫(kù)水位為1338.41m，比溢流表孔單獨(dú)泄洪的試驗(yàn)庫(kù)水位值低0.09m。當(dāng)聯(lián)合泄洪下泄流量達(dá)到校核流量1790m3/s時(shí)，試驗(yàn)庫(kù)水位為1338.41m，比設(shè)計(jì)庫(kù)水位高0.02m，故在聯(lián)合泄洪校核工況時(shí)，其泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.3動(dòng)水壓力試驗(yàn)在溢流表孔中孔布設(shè)7根測(cè)壓管和下游護(hù)坦處布置21根測(cè)壓管。溢流表孔各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)水壓力除1#、2#、3#測(cè)點(diǎn)外，其余測(cè)點(diǎn)動(dòng)水壓力隨著流量的增大而增大。最大動(dòng)水壓力出現(xiàn)在6#點(diǎn)，其值為10.89mH2O。最小動(dòng)水壓力發(fā)生在1#測(cè)點(diǎn)為－0.1mH2O。護(hù)坦內(nèi)動(dòng)水壓力值隨著下泄流量的增大而增大，最大動(dòng)水壓力值發(fā)生在護(hù)坦內(nèi)拱壩中心線上，其最大值在0+63.16m斷面中部為36.6mH2O。2.2.4下游流態(tài)(定床)溢流堰后接連續(xù)式挑坎，堰頂與挑流鼻坎高差為10.703m，挑流鼻坎的反弧半徑為10.0m。在P=3.33%洪水頻率時(shí)，反弧最低點(diǎn)水深1.38m，反弧半徑為水深的7.24倍;在設(shè)計(jì)流量P=1%時(shí)，反弧最低點(diǎn)水深1.81m，，反弧半徑為水深的5.52倍;在校核流量P=0.2%時(shí)，反弧最低點(diǎn)水深2.74m，反弧半徑為水深的3.64倍。根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》(第二版)R=(4－10)hc和長(zhǎng)江科學(xué)院提出的自由挑射最小反弧半徑公式Rmin=23h/Fr，判斷反弧半徑在設(shè)計(jì)工況以下是滿足泄流要求的。受泄洪底孔的出流的影響，下游水流的流速是河床右岸要大于左岸。在0+79.66m－0+140m范圍內(nèi)，河床中部流速高于河床兩側(cè)流速。下游的最大涌浪范圍0+70m－0+180m。2.2.5下游流態(tài)及沖刷(動(dòng)床)護(hù)坦以后的部分按動(dòng)床制作的，按3－5m/s的不沖流速選擇沖刷散粒體。試驗(yàn)中下泄水流入水后，水流翻滾。在0+120m－0+160m是涌浪最劇烈的地方。在設(shè)計(jì)洪水流量P=1%時(shí)，下游沖刷坑最低點(diǎn)高程1243.13m，最大沖刷坑深度16.87m，左岸坡腳最大下切深度11.48m，右岸坡腳最大下切深度13.98m;在校核洪水流量P=0.2%時(shí)，下游沖刷坑最低點(diǎn)高程1234.52m，最大沖刷坑深度25.48m，左岸坡腳最大下切深度21.23m，右岸坡腳最大下切深度24.69m。在P=3.33%洪水頻率到設(shè)計(jì)工況頻率洪水時(shí)，下游廠房尾水渠的河床開(kāi)始淤積。

3基于力學(xué)模型試驗(yàn)的貴州省普安縣五嘎沖水庫(kù)設(shè)計(jì)方案改進(jìn)分析

3.1修改1方案試驗(yàn)在本修改方案中，主要是解決左邊孔過(guò)堰水流平順的問(wèn)題。本方案采取的措施為泄洪放空閘門井溢流堰頂以上部分，設(shè)置長(zhǎng)半軸8.35m，短半軸6.97m的1/4橢圓弧與左邊墩墩頭相切。溢流表孔在P=0.1%工況單獨(dú)泄洪時(shí)，試驗(yàn)庫(kù)水位僅比設(shè)計(jì)庫(kù)水位高0.03m，已滿足設(shè)計(jì)的需要。溢流表孔在P=0.1%工況聯(lián)合泄洪時(shí)，試驗(yàn)庫(kù)水位比設(shè)計(jì)庫(kù)水位低0.06m，其泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求。3.2修改2方案試驗(yàn)本方案主要是考慮在溢流表孔的鼻坎設(shè)置梯形差動(dòng)式齒坎，。故此，本方案中在溢流表孔鼻坎處設(shè)置了3種差動(dòng)式齒坎消能工。1)方案1的齒坎高度為2.0m，各級(jí)流量下，雖較原設(shè)計(jì)方案的沖刷有明顯改善，但是在齒坎的擴(kuò)散作用不充分，尤其是在校核工況下齒坎上水舌較厚，下游沖刷坑深度，兩岸坡下切深度較大。2)方案2的齒坎高度為2.5m，該齒坎的高度較為合適，使得出坎水流較為充分起挑和擴(kuò)散，水舌入水的單寬流量就減小了，沖刷坑深度和兩岸坡下切深度也有明顯的改善。3)方案3溢流表孔齒坎的高度為3.0m，堰頂與鼻坎的落差為7.703m。堰頂和鼻坎落差進(jìn)一步減小，使得梯形差動(dòng)齒坎的擴(kuò)散效果增加不明顯，下游的沖刷坑深度的值較方案2也沒(méi)有明顯的減小。4)如果繼續(xù)再增加梯形齒坎的高度，則將使得堰頂和鼻坎落差進(jìn)一步減小，下泄水舌的挑流效果更加的不好。故選定溢流表孔輔助效能工梯形差動(dòng)齒坎的高度為2.5m。3.3修改3方案試驗(yàn)故在本方案中，將對(duì)左、右邊孔內(nèi)的差動(dòng)齒坎位置進(jìn)行修改，已到達(dá)使出坎水流盡量擴(kuò)散的同時(shí)，不對(duì)護(hù)坦兩岸坡腳造成不利的影響。經(jīng)過(guò)反復(fù)的比較，在修改方案2中齒坎方案2的基礎(chǔ)上，將左齒坎靠左邊墻，右齒坎靠右邊墻。在試驗(yàn)中，左右兩邊孔的出坎水流與中孔出坎水流在空中有較大范圍的碰撞，空中消能效果比修改方案2的要好一些。使得兩邊孔出坎水流向河床集中，但未明顯增加下游河床的沖刷坑深度。3.4弧形閘門開(kāi)度試驗(yàn)在初步設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)洪水(P=1%)以下的各級(jí)特征洪水均采用調(diào)節(jié)弧形閘門開(kāi)度控制泄洪流量。因此，弧形閘門開(kāi)度試驗(yàn)內(nèi)容為:1)各洪水頻率工況下提出閘門開(kāi)度測(cè)試成果，成果見(jiàn)表1。2)測(cè)試中孔閘門e=1.0m、e=2.0m、e=3.0m、e=4.0m、e=5.0m、e=6.0m的水位流量關(guān)系成果。

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本次力學(xué)模型試驗(yàn)，五嘎沖水庫(kù)設(shè)計(jì)方案改進(jìn)方案為:泄洪放空底孔閘門井與左邊墩之間設(shè)置的橢圓曲線;溢流表孔中部梯形差動(dòng)式齒坎的設(shè)置;將左齒坎靠左邊墻，右齒坎靠右邊墻;確定溢流表孔上弧形閘門的開(kāi)度。采用以上修改方案布置作為終結(jié)方案。

參考文獻(xiàn):

［1］李琳，邱秀云，許史，等.長(zhǎng)距離虹吸管道輸水水力學(xué)模型試驗(yàn)研究［J］.南水北調(diào)與水利科技，2010，08(03):106－109.

［2］宋景峰.壩體泄水建筑物水力學(xué)模型試驗(yàn)及其穩(wěn)定性分析［J］.黑龍江水利科技，2017，45(03):9－12.

［3］陳蕾.五一水庫(kù)工程深孔底流消能水力學(xué)問(wèn)題研究［J］.黑龍江水利科技，2012，40(09):20－21.

作者:唐雷 單位:貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院