月潭水庫樞紐泄水及消能研究

（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）

1 工程概況

月潭水庫地處新安江主源率水河上游，位于安徽省黃山市休寧縣海陽鎮首村琳溪村民組下游，壩址以上控制流域面積908.0km2，是一座以城市防洪為主，結合城鎮供水，兼顧灌溉與發電等具有綜合開發利用功能的水利樞紐工程。水庫總庫容1.55億m3，電站裝機容量20MW。水庫規模為大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等。樞紐初步設計主要建筑物有攔河壩、泄洪表孔、泄洪底孔、生態放水管、發電引水管道、發電廠房和升壓開關站等。水庫正常蓄水位為165.0m，100年一遇設計洪水位為170.3m。樞紐初步設計階段泄洪建筑物采取了表孔與底孔分段集中布置的泄洪方式，初定主河槽右側布置5孔泄洪表孔，左側布置4孔泄洪底孔。下游消能采用底流消能方式。

月潭水庫設計洪水時，水頭落差僅約20.0m，流量達3170.0m3/s，且水庫位于山區，汛期來流快，對泄流設施的泄流能力要求較高；非汛期時，水庫主要任務為城鎮供水、灌溉和發電，這就對水庫的調度運用提出了較高要求；水庫下游約200.0m處有一轉向右側，轉角約為60°的彎道，彎道左側為主河槽，右側為灘地，消力池的消能效果與水流出消力池后的流速分布直接影響著下游河道的河勢穩定。為對月潭樞紐布置中的水力學問題進行研究，須進行整體水工模型試驗。

2 模型設計

為保證流態相似，上游模擬至攔河壩以上0.5km，地形模擬至高程175.0m。下游河道模擬至壩下約1.0km，地形模擬至高程155.0m。模型比尺為1︰50，正態模型，按重力相似準則設計。

3 布置方案

3.1 表孔、底孔集中布置方案

該方案表孔為5孔，集中布置于右側，堰頂高程為165.0m，平正常蓄水位，堰頂設置弧形閘門控制，單孔凈寬9.0m，堰型為WES型實用堰；底孔為4孔，集中布置于左側，進口高程為144.8m，采用壩身有壓泄水孔型式，進口尺寸6.0m×6.0m（寬×高），出口底板高程141.5m，出口尺寸6.0m×5.0m（寬×高）。

表孔出口平消力池池底140.6m，下游消能采用底流消能，表孔與底孔后消力池用隔墻隔開，表孔消力池凈寬51.4m，池長52m，兩側邊墻高程152.0m，尾坎高程142.1m。底孔出口為拋物線后接斜坡段，出口高程為140.6m，泄洪底孔段消力池底高程134.6m，凈寬34.4m，池長98m，兩側邊墻高程152.0m，尾坎高程142.1m。

各工況下，因泄洪建筑物平面布置總體偏向大壩右側，水流主流自壩前約300m處開始逐漸偏向右岸，底孔上游左側水面偶爾出現游移漩渦，吸氣現象不明顯；受上游地形及整體布置的影響，壩上左側出現較大面積的微弱回流，回流對泄洪建筑物的進流影響不大；表孔各孔之間和底孔各孔之間泄量均相差很小，上游及泄洪建筑物總體流態較好。

20年一遇洪水時表孔堰上水頭僅0.8m，下泄流量很小，下泄水流主要通過底孔下泄，表孔下游消力池內基本為靜水區；底孔消力池內水流壅高明顯，并在坎后跌落。設計洪水時，表孔出流水躍沖出消力池范圍；底孔出流在消力池范圍內壅高，并在坎后跌落；表底孔消力池隔墻兩側的水位差達3.25m。

因底孔位于左側，底孔出流經尾坎跌落后，流速較大，致使坎后水流主流基本貼左岸下泄；設計洪水時，0+250～0+700 段右側出現較大面積的回流，0+550斷面回流寬度達河道寬度的一半，最大回流流速為-1.07m/s；0+250～0+900 段左岸邊流速較大，最大流速達3.44～5.70m/s，壩下河道左岸岸坡可能出現沖刷破壞。

該方案表孔數量較多，表孔泄流總寬達45m，遭遇意外洪水時有較大的超泄能力，但泄流建筑物左側、電站上游各工況下均有游移漩渦，雖然吸氣現象不明顯，但仍可能對泄洪建筑物造成不利影響；下游消力池布置有待改善，各工況下消能效果均不理想；下游河道主流位于左岸，易對左側岸坡造成沖刷破壞。

3.2 表孔、底孔間隔布置方案

該方案表孔和底孔尺寸與表孔、底孔集中布置方案一致，但表孔和底孔間隔布置，下游同用一消力池。表孔、底孔出口高程均為140.6m，消力池池底高程138.6m，池長75.0m。尾坎平坎后地形140.6m。

該方案水庫上游流態與表孔、底孔集中布置方案基本一致，但因水流流速沿泄流斷面分布更為均勻，各工況下泄流建筑物左側的游移漩渦基本消失。

消力池內流態各工況間差別較大。20年一遇洪水時，因邊孔為表孔，下泄流量很小，但池內左右側水位較高，較高的水位將底孔出流逼向消力池中央，在消力池左右兩側形成兩個較大漩渦，使3個底孔的出流匯成一股水流，大大增加了消力池中部的單寬流量，水躍在尾坎中部沖出消力池，在尾坎后跌落。設計洪水時，表孔流量加大，表孔出流與底孔出流相互混摻，消力池內水流分布基本均勻，兩側漩渦基本消失，水躍基本發生在消力池內，消力池消能效果良好。

圖1 月潭水庫表孔、中孔、底孔方案樞紐布置示意圖

下游河道水流分布較表孔、底孔集中布置方案均勻，但設計洪水時，0+300～0+600 段左岸最大流速仍達3.05m/s，仍可能對岸坡造成沖刷破壞。右岸回流區位于0+200～0+600，最大回流流速為-0.45m/s。

該方案的主要缺點為水庫低水位運行時，消力池消能效果差，下游河道流速分布不均勻。

3.3 表孔、中孔、底孔布置方案

月潭水庫表孔、中孔、底孔布置方案布置2個表孔、4個中孔和3個底孔，中間為表孔，兩側為中孔，底孔與表孔、中孔間隔布置。底孔寬為6.0m，進口底板高程為144.8m，出口洞高為4.5mm，出口底板高程為141.5m；中孔寬為8.0m，進口底板高程為160.5m，出口高度為6.0m；表孔寬為8.0m，進口底板高程為165.0m；表孔、中孔、底孔方案樞紐布置見圖1。

該方案上游流態與表孔、底孔間隔布置方案無明顯差別。設計洪水時，控制中孔開度為5.25m，其余泄洪建筑物全開。壩上左側出現較大面積的微弱回流，回流對泄洪建筑物的進流影響不大；各泄洪建筑物進流條件良好，壩上游水流分布基本均勻，其中右側中孔上游流速略大。

各工況下，中孔均參與泄洪，且20年一遇洪水時，中孔的堰上水頭即達4.3m，水流沿壩軸線分布更為均勻。表孔與中孔出口段前為反弧段后接1︰4的斜坡，下泄水流水流方向與水平面的夾角約為14°；底孔出口處為水平段，下泄水流水流方向基本為水平方向，且水流流速較大，各工況下，表中孔出流與底孔出流方向不同，相互混摻，消力池內流態良好，消力池消能效果良好，設計洪水時消能率約達80%。

單開底孔一孔時，開左側孔和右側孔類似。開左側孔，則在消力池右側形成回流，水流在消力池左側沖出尾坎，并跌落，跌落長度約為40m；開右側孔，則在消力池左側形成回流，水流在消力池右側沖出尾坎，并跌落，跌落長度約為45m。開中孔時，水流在消力池兩側形成回流，并從尾坎中部沖出并跌落，跌落長度約為40m。底孔單獨運用時，因上游水頭較大，出流流速較高，能量很難僅通過消力池完全消散，建議盡量減少單獨運用底孔的幾率。

各工況下，水流出消力池后，主流基本位于河道中心，左右岸岸邊流速相對較小。設計洪水時，0+400以上，左岸大堤附近流速小于1.0m/s，0+400以下，左岸大堤附近流速最大為1.39m/s，位于0+550斷面。右岸灘地為回流區，最大回流流速為-0.57m/s，位于0+550斷面。

該方案增加了中孔作為常用調度運用泄流建筑物，可根據洪水預報提前放水，加大蓄洪庫容，提高了調洪能力，減少了底孔的運用頻率。水庫上下游流態良好，消力池消能效果良好，下游河道水流分布基本均勻，左右側岸坡處的流速較小。

4 結論

本文通過建立月潭水庫整體水工模型，對水庫樞紐的三個整體布置方案進行了詳細比較研究，試驗發現表孔、底孔集中布置方案各工況下水庫上下游均有不良流態，且消力池消能效果較差。表孔、底孔間隔布置方案在水庫低水位運行時消力池消能效果較差，且下游河道流速分布不均勻。表孔、中孔、底孔方案水庫上下游流態良好，消力池消能效果明顯，下游河道水流分布基本均勻。建議以表孔、中孔、底孔方案作為最終布置方案■