江巷水庫樞紐溢洪道總體布置研究

張 波

（水利水資源安徽省重點實驗室 安徽省·水利部淮河水利委員會水利科學研究院 蚌埠 233000）

1 工程概況

江巷水庫位于安徽省滁州市定遠縣境內池河上游，江淮分水嶺北部，是一座以灌溉、供水為主、兼顧防洪等綜合利用水庫。江巷水庫總庫容為1.30 億m3，灌溉面積71.59 萬畝，樞紐工程等別為Ⅱ等，工程規模為大（2）型。江巷水庫是駟馬山引江灌區的上游反調節水庫，為雙水源水庫，除攔蓄當地徑流外，還結合駟馬山引江工程，提引長江水源補充入庫。水庫建成后，為定遠縣境內提供生活、工業和農業灌溉用水，年均供水量約2.41 億m3，通過水庫控制調度，結合下游河道整治，可將池河上段防洪標準提高到20年一遇[1]。水庫樞紐工程主要建筑物有攔河壩、溢洪道、灌溉涵洞、生態放水設施等。

2 樞紐工程設計方案簡介

江巷水庫攔河壩壩型為碾壓式均質土壩，壩頂高程48.00m，最大壩高17.33m，壩頂長度4900m，頂寬8.0m，上下游邊坡1∶3.0，大壩迎水面壩坡為混凝土預制塊護坡，背水面為混凝土框格草皮護坡，背水面壩腳設置貼坡排水體。

溢洪道布置在池河右岸崗地，中心線樁號壩3+546。溢洪道的軸線與壩軸線垂直。控制段采用平底開敞式控制閘，底檻高程為40.2m，閘室順水流方向長20m。控制閘共12 孔，單孔凈寬8m，中墩厚1.5m，縫墩厚1.0m，閘室邊墩厚2.0m，閘室總寬度為118m。

溢洪道閘室下游出口經2m 寬平段后以1∶4 的斜坡與第一級消力池連接，平面上底寬由114m 擴大到126m，擴散角8.17°。一級消力池池底高程36.0m，池長41.8m。一級消力池出口為30m 長混凝土過渡段，頂高程37.0m。過渡段下游壅水壩頂高程37.8m。二級消力池池底高程34.2m，池長26m，池深0.5m。一、二級消力池及中間過渡段兩側均布置鋼筋混凝土懸臂擋墻，擋墻高5.4～7.0m。二級消力池后為長50m 混凝土海漫，順水流向長50m，底寬126m，底坡1∶100，護底高程由34.7m 漸變至34.2m；海漫末端布置防沖槽，槽深2.5m。防沖槽下游接尾水渠，尾水渠底寬126m，邊坡1∶3.0，底坡1∶1000。平面上尾水渠由長20m 直段和中心線弧長200m 的轉彎段組成，轉彎段中心線轉彎半徑700m，向左側轉角16.37°后與池河下游河道相接。

在溢洪道一、二級消力池間新建跨泄槽交通橋連接兩側道路，新建交通橋共計8 跨，單跨16m，橋面高程43.0m，橋面寬7.5m。

溢洪道出口河道拓寬修整治理長度約610m，縱坡3/10000。河底設計高程在溢洪道尾水渠（樁號0+490）末端為34.2m。整治段河道底寬由126m 漸變至100m，河道兩側設計邊坡1∶3.0[2]。

江巷水庫特征洪水位及下泄流量見表1。樞紐平面布置示意圖見圖1。溢洪道設計方案和修改方案三剖面圖見圖2。

3 模型設計

為保證流態相似，上游模擬至溢洪道以上約0.60km，橫向模擬寬約0.85km。下游河道模擬至壩下約1.6km。本模型遵循重力相似準則，并按幾何相似進行模型設計，采用正態模型，模型比尺為1∶80[3]。溢洪道采用有機玻璃或白果木制作，消力池、橋墩等建筑物采用塑料板制作。

表1 江巷水庫特征洪水位及下泄流量表

4 樞紐泄洪設施試驗研究成果

4.1 設計方案試驗成果

溢洪道上游流態良好。一級消力池兩側在5年一遇洪水時有回流區，其他工況無回流區，一級消力池各工況下消能效果良好。二級消力池各工況下消能效果均不明顯。設計洪水、校核洪水時新建公路橋對水流略有影響。溢洪道上游0-50 斷面，設計洪水時表面最大流速達1.7m/s，可能造成沖刷；下游河道底部水流流速較大，可能會對河道造成沖刷；江巷水庫工程尾水整治段長約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴重。

4.2 修改方案一試驗成果

因設計方案消力池消能效果不理想，修改方案一即對消力池結構進行了修改。消力池底高程從36.0m 降為34.2m；池底長度由25.0m，加長為26.0m；消力池前斜坡由16.8m 加長為24.0m，消力池兩側擋墻擴散角增至10.62°；取消二級消力池；一級消力池海漫高程降為35.8m；公路橋橋面高程為43.5m；公路橋橋后為長70m、i=0.02 的斜坡至防沖槽。上游拋石防沖槽上游增加長為26.5m 的C20混凝土護坦。

該方案消力池消能效果較設計方案有一定改善，但各工況下（除校核洪水時）消力池左右兩側均有直徑約為10m 的漩渦，不利于消力池消能效果的發揮。5年一遇和20年一遇洪水時，公路橋至0+200 斷面右側有一回流區。5年一遇洪水時，水流出消力池后跌落，水流與下游銜接不暢，下游河道水流垂向流速分布有所改善，但底部流速仍較大。

4.3 修改方案二試驗成果

修改方案二在修改方案一的基礎上，將消力池池底高程進一步降低至32.2m，消力池與溢洪道底板仍按1∶4 的坡相接，消力池長度加長至36.0m；在消力池前增設一排高為1.0m，寬為1.2m，間距為1.0m 的消力墩。尾坎高程34.2m，與下游河道高程保持一致；公路橋橋墩與尾坎的距離仍保持為4.0m。消力池邊墻右側與溢洪道右邊孔邊墻一致，左側與生態放水閘邊墻一致。消力池尾坎后，邊墻向兩邊擴散，角度與修改方案一一致。

該方案消力池消能效果較修改方案一有進一步改善，除5年一遇和20年一遇洪水時消力池左側仍有直徑約10m 的回流區外，其他工況消力池消能效果良好。下游河道水流流速垂向分布良好，表面流速大于底部流速，但設計洪水時，防沖槽處表面最大流速達2.35m/s，底部最大流速達2.18m/s，仍會造成沖刷。

圖1 江巷水庫樞紐平面布置示意圖

圖2 江巷水庫溢洪道設計方案和修改方案三剖面圖

4.4 修改方案三試驗成果

修改方案三將弧形閘門改為平板閘門。消力池邊墻的擴散角縮小為4.723°；消力池底高程保持32.2m 不變；池前以1∶4 的坡與溢洪道底板相接，斜坡段長32.0m；池底長32.0m，尾坎高程為34.2m，與公路橋底板高程一致；消力墩布置與修改方案二一致；公路橋后以i=0.02667 的斜坡與防沖槽相接，防沖槽底高程為33.0m；防沖槽后40m 為直線段，之后以i=1/600 的斜坡與池河河槽相接。尾水整治段長約610m，底寬由126m 漸變為100m，兩側岸坡為1∶3，堤頂高程為39.5m。生態放水閘與溢洪道出流分開。

該方案各工況下消力池兩側回流區基本消失，消力池消能效果良好。水流出消力池后無明顯跌落。防沖槽流速較其他方案減小，設計洪水時，防沖槽處表面最大流速達1.98m/s，底部最大流速達1.81m/s，下游河道沖刷壓力減輕，但仍可能造成沖刷。建議加強下游河道防沖措施。各工況下，0+600 斷面右岸流速均較大，設計洪水時達1.29m/s，易對岸坡造成沖刷。建議對尾水整治段0+400 斷面以下右岸加強護砌。江巷水庫工程尾水整治段長約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故遭遇大洪水時，尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴重。建議對池河老河道進行整治。

5 結論與建議

（1）設計方案設計洪水和校核洪水時，溢洪道泄流能力滿足設計要求。溢洪道上游流態良好。一級消力池兩側在5年一遇洪水時有回流區。下游河道除0+600 處在低水位時有小范圍回流外，其他無明顯不良流態。一級消力池各工況下消能效果良好，二級消力池各工況下消能效果均不明顯。

（2）修改方案一：消力池消能效果較設計方案有一定改善，但各工況下（除校核洪水時）消力池左右兩側均有直徑約為10m 的漩渦，不利于消力池消能效果的發揮。5年一遇洪水時，水流出消力池后跌落，水流與下游銜接不暢，下游河道水流垂向流速分布較設計方案有所改善，但底部流速仍較大。

（3）修改方案二：較修改方案一消力池消能效果進一步改善，除5年一遇洪水，20年一遇洪水時消力池左側仍有直徑約10m 的回流區外，其他工況消力池消能效果良好。

（4）修改方案三：①設計洪水和校核洪水溢洪道泄流能力滿足設計要求。消力池兩側回流區基本消失，消力池消能效果良好。②水流出消力池后無明顯跌落。防沖槽流速較其他方案減小，設計洪水時，防沖槽處表面最大流速達1.98m/s，底部最大流速達1.81m/s。下游河道沖刷壓力減輕，但仍可能造成沖刷，建議加強下游河道防沖措施。③各工況下，0+600 斷面右岸流速均較大，設計洪水時達1.29m/s，易對岸坡造成沖刷。建議對尾水整治段0+400 斷面以下右岸加強護砌。④江巷水庫工程尾水整治段長約610m，之后為池河老河道。整治段河道底寬約100m，而池河老河道主槽僅寬約30m。故遭遇大洪水時，尾水整治段后河道泄流能力不足，壅水嚴重。建議對池河老河道進行整治■