黃栗樹水庫除險加固工程溢洪道水工模型試驗研究

（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水利科學研究院 蚌埠 233000）

黃栗樹水庫位于長江流域的滁河支流襄河上游，安徽省全椒縣境內，樞紐工程由大壩、正常溢洪道、副壩、放水涵洞等建筑物組成。距全椒縣城西北23km，控制流域面積262km2，總庫容2.30 億m3，是一座以灌溉為主，結合防洪、供水、發電、水產養殖等綜合利用的大（二）型水庫。水庫自投入運行以來，為該地區的工農業生產和經濟發展發揮了重要作用。根據安全鑒定溢洪道水力及結構安全復核，并結合現場檢查、檢測及地勘報告，現需要對黃栗樹水庫溢洪道除險加固。

黃栗樹溢洪道布置較為復雜，需要通過溢洪道的水工模型試驗，觀測水流流態、水位流量關系、動水壓力、消能效果、出流與下游河道水流銜接等水力特性，論證溢洪道布置及體型的可行性與合理性[1，2]，并提出進一步改善各項水力學指標的工程措施及方案建議[3，4]，為樞紐工程建設與運行提供技術支撐。保證水庫的正常運行，繼續為該地區的工農業生產和經濟發展發揮重要作用[5，6]。

2 試驗設計

黃栗樹水庫除險加固工程溢洪道水工模型采用正態模型，整體模型比尺為1∶40，為保證入流的相似性，模擬范圍上游取至溢洪道進口前230m，即樁號-Y0+230m；下游取至三級跌水防沖槽下游600m；橫向高度均高于最高水位。模擬范圍總長1.6km，最大寬度0.4km。

表1 黃栗樹水庫工程實驗工況表

根據當地歷年水文資料及江蘇省水利勘測設計研究院有限公司的設計資料，試驗工況見表1。

3 結果與分析

3.1 原設計方案結果與分析

（1）水位流量關系試驗分別研究了堰流和孔流水位流量關系。

堰流水位流量關系見圖1，孔流水位流量關系見圖2。由圖1、圖2 可知，堰流和孔流情況試驗值大于設計流量，泄流能力滿足設計要求。

（2）黃栗樹水庫工程原設計方案試驗成果各試驗工況流速、動水壓力、消能效果見表2。

原設計方案，溢洪道進口主流偏向右側，但水流基本平順，至閘前水流分布已基本均勻，閘后水流平順，無明顯不良流態。

設計洪水一級泄槽陡坡Y0+272 斷面處負壓為-2.08m 水柱，二級泄槽實用堰后負壓為-5.44m水柱。

圖1 溢洪道堰流水位流量關系曲線圖

圖2 溢洪道孔流水位流量關系曲線圖

表2 黃栗樹水庫工程原設計方案試驗成果表

表3 黃栗樹水庫工程修改方案試驗成果表

圖3 修改方案一級跌水剖面圖

圖4 修改方案二級跌水剖面圖

設計洪水和校核洪水時，溢洪道一級消力池水流挑起，至尾坎后跌落，消力池消能效果不理想；二級泄槽流速較大，二級消力池內出現偏流；三級消力池消能效果良好。20年一遇和50年一遇洪水時，水躍基本發生在各消力池范圍內，消能效果滿足設計要求。

3.2 修改優化方案結果與分析

由于原設計方案在設計洪水與校核洪水時，溢洪道一級消力池和二級消力池消能效果不理想，因此修改方案是在原設計方案的基礎上加深一級消力池至31.00m，加長至40.80m，較原設計方案消力池底高程降低2.10m，消力池加長15.80m；消力池上游以1︰4.33 與上游泄槽相接，坡長較設計方案延長9.10m。二級跌水上游WES 實用堰設置于Y0+523，堰頂高程35.60m，堰高0.80m。

修改方案一級跌水和二級跌水剖面圖見圖3 和圖4。

黃栗樹水庫工程修改方案試驗成果各試驗工況流速、動水壓力、消能效果見表3。

修改方案黃栗樹水庫溢洪道內水流流態除一、二級消力池外，其余與原設計方案基本一致，沿程流態良好，無其他明顯不良流態。

設計和校核洪水溢洪道沿程壓力均為正壓，50年和20年一遇洪水最大負壓出現在Y0+272斷面，達-1.68m 水柱，Y0+544斷面最大負壓為-1.35m 水柱，不會發生空化空蝕，對水工結構無明顯影響。

黃栗樹水庫溢洪道各級消力池消能效果良好，水躍基本發生在各消力池范圍內，消能效果滿足設計要求。

4 結論與建議

（1）原設計方案黃栗樹水庫溢洪道泄流能力滿足設計要求。溢洪內進流基本平順，無明顯不良流態。設計洪水和校核洪水時，溢洪道一級消力池水流挑起，至尾坎后跌落，消力池消能效果不理想；二級泄槽流速較大，池內出現偏流；三級消力池消能效果良好。

（2）黃栗樹水庫溢洪道各級消力池消能效果良好，水躍基本發生在各消力池范圍內，消能效果滿足設計要求。

（3）建議采用修改方案作為實施方案■