宋先福

（安徽省建筑工程質量監督監測站有限公司，安徽 蚌埠 233000）

牛嶺水庫地處安徽省宣城市涇縣境內，位于青弋江上游最大的支流徽水河中游，距涇縣縣城23km，是一座以防洪為主，結合供水，兼顧發電、灌溉等綜合利用的水利樞紐工程。牛嶺水庫總庫容1.63 億m3，屬大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等。水庫死水位95m，汛限水位114.5m，正常蓄水位117m，5 年一遇洪水位116.1m，20 年一遇洪水位117.5m，防洪高水位120.5m，50 年一遇洪水位120.7m，100 年一遇設計洪水位121.0m，1000 年一遇校核洪水位122.6m。

1 試驗運行條件及模型設計

通過對不同洪水組成的典型年進行洪水調算，本次滿足50 年一遇標準的洪水不超過涇縣城區防洪控制斷面安全泄量4710m3/s 的要求確定的牛嶺水庫防洪調度方式為：

（1）以涇縣控制斷面洪峰流量3000m3/s 為水庫起蓄條件。涇縣控制斷面洪峰流量大于3000m3/s 時，牛嶺水庫相應控制最大泄量1300m3/s，采用補償湊泄方式運行，以涇縣斷面洪峰流量不超過4710m3/s 控制。

（2）當陳村水庫下泄流量大于2600m3/s 時，控制牛嶺水庫最大下泄流量1000m3/s。

（3）漲水階段（連續3h 水位上漲），涇縣控制斷面洪峰流量大于4300m3/s 時，陳村水庫下泄小于3000m3/s 時牛嶺水庫控制泄流小于300m3/s；陳村水庫下泄大于3000m3/s 時牛嶺水庫控制不泄流。

（4）退水階段（連續3h 水位下降），當陳村水庫下泄流量大于3500m3/s 時，牛嶺水庫控制不泄流；陳村水庫下泄流量大于3000m3/s 時，牛嶺水庫控制最大下泄流量500m3/s；陳村水庫下泄流量大于2600m3/s 時，牛嶺水庫控制最大下泄流量1000m3/s。

根據安徽省牛嶺水庫工程河勢影響模型試驗任務書的試驗內容和要求，為保證模型進、出流邊界相似，根據試驗要求和《水工（常規）模型試驗規程》（SL155-2012），結合現有場地和供水條件，選定牛嶺水庫模型范圍為：樞紐上游模擬至壩址上游彎道以上約0.40km，樞紐下游模擬至壩址以下約0.40km；橫向庫區模擬至高程130.00m，下游河道模擬至高程90.00m。總模擬河道長度約2.10km。

2 設計方案

（1）牛嶺水庫樞紐除校核洪水外，其余工況均為控泄。校核洪水時，控制流量為4341.80m3/s，實測庫水位為122.54m，低于設計值122.60m。牛嶺水庫樞紐泄流能力滿足設計要求。

（2）泄洪表孔底部堰頂后拋物線段（樁號0-3.55）最大負壓值為校核洪水時的-1.20m 水柱，出口處（樁號0+35.46）最大負壓值為設計洪水時的-1.50m水柱；左右側墻壓力基本對稱，最大負壓值出現于出口處（樁號0+36.86），校核洪水時達-0.96m 水柱。泄洪表孔體型設計基本合理。

（3）泄洪中孔頂部、側墻及底部在各工況下沿程均為正壓，泄洪中孔體型設計基本合理。

（4）表孔、中孔均運用時，各工況下挑流水舌布滿整個河床，挑流消能效果良好。

（5）表孔、中孔均運用時，表孔、中孔挑流挑距基本一致，設計洪水中孔敞泄時，水舌挑距為51.30m；沖坑最深點高程為56.80m，距挑流鼻坎63.14m；沖坑后坡為1∶4.78；表孔敞泄時，水舌挑距為55.16m；沖坑最深點高程為58.43m，距挑流鼻坎66.93m；沖坑后坡為1∶5.78。

校核洪水時，水舌挑距為70.73m；沖坑最深點高程為55.20m，距挑流鼻坎78.03m；沖坑后坡為1∶5.27。

（6）各工況下，庫內流態良好，泄洪建筑物進流基本平順，壩前右側山坳在流量為50 年一遇及以上時，有一旋渦，最大流速為0.53m/s，除此外，無明顯不良流態。

（7）下游0+300 斷面及以上左右岸流速較大，設計洪水時最大流速為4.99m/s，校核洪水時最大流速為5.87m/s。應加強壩址至烏溪河口范圍內左右側岸坡的防沖措施。

（8）下游0+900～0+1350 右岸各工況下均有一回流區，回流流速隨水庫下泄流量的增大而增大，設計洪水時最大流速約為1.55m/s，校核洪水時最大流速為2.11m/s。

3 試驗結果

3.1 試驗數據

對50 年一遇洪水進行試驗測試，試驗主要參數結果見表1。

表1 50 年一遇洪水試驗結果表

3.2 水位流量關系

試驗對表孔和中孔分別進行了敞泄時各水位下的水位流量關系試驗，見表2。

表2 牛嶺水庫表孔、中孔敞泄水位流量關系表

4 水利特性修正

4.1 方案概述

安徽省水利水電勘測設計院于2019 年10 月29日提供了牛嶺水庫樞紐的最終方案結構圖紙。相較于原設計方案，最終方案的2 個表孔（兩邊孔）堰頂高程保持114.5m 不變，2 個表孔（中間兩孔）的堰頂高程降低1.5m 至113.0m，孔寬均由12.0m 增至13.0m。中孔體型保持不變。樞紐溢流壩段總寬由88.0m 增至89.0m。樞紐校核洪水位由122.6m 降至121.98m。

因原物理模型已拆除，故根據設計方案試驗數據進行計算，對最終方案水力特性進行修正。

4.2 泄量修正

根據設計方案各水位下表孔的流量系數，可計算出最終方案表孔、中孔敞泄時的水位流量關系見表3。

表3 牛嶺水庫最終方案表孔、中孔敞泄水位流量關系表

根據計算結果，校核洪水庫水位為121.98m 時，樞紐下泄流量為4625.56m3/s。因最終方案表孔較設計方案表孔寬1.0m，且中間兩表孔的水頭也更大，流量系數應略大于設計方案，故最終方案校核洪水時泄量應大于4625.56m3/s。

4.3 下游沖刷修正

最終方案較設計方案的2 個表孔（邊孔）堰頂高程保持114.5m 不變，2 個表孔（中間兩孔）的堰頂高程降低1.5m 至113.0m，孔寬均增至13.0m。樞紐溢流壩段總寬由88.0m 增至89.0m。因溢流壩段總寬較設計方案略寬，且除校核洪水外，各工況均為控泄，流量與水頭均與設計方案保持一致，單寬流量略變小，故各工況下游沖坑最深點應略低于設計方案。

50 年一遇洪水時，樞紐下泄流量為2910.00m3/s，庫水位為120.70m，表孔控泄、中孔敞泄工況時，表孔開度為2.78m；表孔敞泄、中孔控泄工況時，中孔開度為2.68m。下游沖刷情況與設計方案基本一致。

設計洪水時，樞紐下泄流量為3411.00m3/s，庫水位為121.00m，表孔控泄、中孔敞泄工況時，表孔開度為4.36m；表孔敞泄、中孔控泄工況時，中孔開度為3.79m。下游沖刷情況與設計方案基本一致。

校核洪水時，庫水位為121.98m，低于設計方案的校核洪水位122.60m，但總泄量由4341.8m3/s 增至4625.56m3/s。沖坑最深點高程為53.03m，距挑流鼻坎80.10m；沖坑后坡為1∶4.22 ■