側堰溢洪道泄流能力的理論計算與模型試驗成果分析與探討

遲 穎

(大連市水利建筑設計院，遼寧大連 116021)

1 概述

王家店水庫位于大連市甘井子區紅旗鎮棠梨村，始建于1914年4月，1917年11月竣工，是一座以城市供水為主，兼顧防洪的小(1)型水庫。水庫設計洪水標準為50年，校核洪水標準為500年。

王家店水庫位于馬欄河的中上游，集雨面積為31.3km2，主河道長度為10.32km，河道比降為10.82‰。

王家店水庫樞紐建筑物包括擋水建筑物、泄水建筑物和取水建筑物。擋水建筑物為埋石混凝土重力壩，壩軸線略呈弧形，最大壩高29.09m，上游壩面垂直，下游壩面坡度1∶0.7，壩頂寬3.49m，大壩全長169.6m;泄水建筑物位于大壩左側，包括正堰和側堰兩種堰型，均為實用堰，自由溢流，正堰3孔，堰寬27.66m，堰凈寬26.86m，堰頂高程為83.32m;側堰長90.73m，堰頂高程83.45m。取水建筑物位于壩上游面中間部位，為內半徑2.12m的半圓形結構，設有4個取水口。

在對王家店水庫進行水庫防洪標準復核的過程中，溢洪道泄洪能力的計算成果直接影響到水庫目前防洪標準是否滿足規范要求的復核結果。為了使復核結果更加準確，設計院在對溢洪道泄流能力進行理論計算的同時，委托大連理工大學對王家店水庫溢洪道泄流能力做了模型試驗。下面通過這兩種方法對王家店水庫溢洪道泄流能力進行分析與探討。

2 下泄流量理論計算

2.1 正堰泄量計算

當為實用堰時，溢洪道的下泄流量按以下公式計算(依據《溢洪道設計規范》):

式中 B——溢流堰總凈寬，B=nb=26.86m;

b——單孔寬度，b=8.95m;

n——閘孔數目，n=3;

H0——計入行進流速水頭的堰上總水頭，m;

m——流量系數，不同堰上水頭的流量系數值不同;

ε——閘墩側收縮系數;

ζ0——中墩形狀系數，查得 ζ0=0.45;

ζK——邊墩形狀系數，ζK=1;

c——上游堰坡影響系數，c=1。

經計算，正堰下泄流量如表1所示。

表1 正堰下泄流量成果

2.2 側堰泄量計算

側堰為曲線型實用堰，下泄流量計算公式與正堰相同，無墩影響，側收縮系數σc=1。

經計算，側堰下泄流量如表2所示。

表2 側堰下泄流量成果

2.3 總下泄流量

總下泄流量如表3和圖1所示。

表3 總下泄流量成果

圖1 庫水位～流量關系曲線(計算值)

3 下泄流量模型試驗成果

3.1 相似準則與比尺

模型設計遵循重力相似準則，采用正態模型，模型試驗的長度比尺為λl=25。各水力參數的相似比尺見表4。

表4 各水力參數的相似比尺

3.2 總下泄流量

實測了10個不同庫水位下的泄流能力，試驗結果見下頁表5和圖2。

表5 總下泄流量成果

圖2 庫水位～流量關系曲線(試驗值)

4 分析與探討

通過模型試驗可以看出:在堰上水頭為1.46m時，流量系數達到最大值0.4;當堰上水頭繼續增加時，流量系數反而逐漸減小，從而使整個下泄流量值增加速度減緩。此實驗結果與理論計算有很大出入，在理論計算中，堰上水頭大于1.5m后，流量系數為0.513，且在堰上水頭高于1.5m以后，流量系數始終沒有變化，均為0.513，因此，總下泄流量增加速度較試驗值要大很多。

通過本次比較，模型試驗值與理論計算值相差較大，至于哪個結果更為準確，無法得出確切的結論，只能在水庫日后運行過程中加強觀測，以實踐來論證。本次防洪標準復核，本著偏于安全的角度考慮，下泄流量曲線采用的是大連理工大學模型試驗成果。■

［1］ SL 253—2000溢洪道設計規范［S］．

［2］ 李煒．水力計算手冊［M］．第二版．北京:中國水利水電出版社，2006．