东河水库溢洪道、输水隧洞水工模型试验研究(

摘要：东河水库溢洪道、泄洪洞共用一个消力池，加之溢洪道、泄洪洞进口交叉，原初步设计中担心隧洞进口受溢洪道进水的影响，隧洞流量系数取值偏小，设计人员会同相关单位进行水工模型试验，修改了原设计的一些不足之处，为设计人员解除了疑虑。

关键词：溢洪道 泄洪洞 共用消力池 水工模型试验

1  工程概况

    东河水库为除险加固工程,坝址以上控制径流面积582.8km²,总库容4815.65万m³。输水泄洪隧洞布置在左岸则隧洞轴线较长,且进出口转角较大。输水隧洞布置于右岸, 由于枢纽区地形狭窄，溢洪道尾段、输水隧洞出口共用一个消力池。设计洪水位溢洪道下泄流量269.2m³/s,泄洪隧洞

下泄流量53.2m³/s;校核洪水位1744.41m,溢洪道下泄流量547.8 m³/s,泄洪隧洞下泄流量59.9 m³/s。溢洪道全长333.13m,堰型为宽顶堰，净宽3×6m，其中引渠段长156.13m,控制段长12m，陡槽段长130m。纵坡分别为0.1、0.145。泄洪输水隧洞全长301.57 m，其中有压段为平坡，长76.90m;闸室段长6.5m,无压段长194.53m,坡度分别为0.02、0.266,断面均为城门洞形,宽度2.5m,有压段最大高度5.72米;无压段最大高度3.22米。

2  试验内容

1)上游水位与溢洪道、泄洪输水隧洞下泄流量的关系;

2)溢洪道、泄洪输水隧洞陡槽内水流流态研究;

3)测定溢洪道和泄洪输水隧洞水面线、沿程压力分布及流速分布;

4)溢洪道、泄洪输水隧洞进口水流流态研究及进水渠水流流态研究;

5)底流消能及下游河床流态研究。

3   模型设计

  模型按重力相似准则设计,采用正态模型。经计算比较模型最终选用比

尺入_L=40,相应比尺参数:

流量比尺：入_q=入_L^5/2  =10119.29    时间比尺：入_T=入_L^1/2=6.32

流速比尺：入_v=入_L^1/2=6.32         糙率比尺：入n=入_L^1/6=1.85

4  初步设计方案试验成果及分析

溢洪道沿程布设15个测点，泄洪洞沿程布设13个测点,以研究泄流时的压力分布和空穴数。

空穴数k=(P+Pa-Pv)/(v²/2g) 

P —动水压力    Pa—大气压力    Pv—饱和蒸汽压力

k>1.7一般不会发生气蚀；   1.7>k>0.3 控制平整度

   0.3>k>0.12增设通气槽；     k<0.12 修改体型

4.1   水位流量关系曲线

溢洪道水位～流量关系表(流量系数0.341～0.373)

      泄洪洞水位～流量关系表

4.2   试验成果小结

   溢洪道通过设计流量时,引水渠内水流流态较为平顺,闸前水流流速水头较小，过堰水流在闸墩前即开始加速，通过闸墩时流速进一步增大,速度梯度变化较大,过闸后的水流形成明显的冲击波;加速后的水流在闸墩尾部已脱离边界,水流在墩尾形成“V”形空腔;闸门门槽处水流流态基本正常,溢洪道出口水流明显受到顶托,消力池消能效果较差,下游河道水流流态紊乱。泄洪洞通过设计流量时,过闸后的水流由于流速较大,已形成掺气水流,并且在纵坡i=0.02陡槽段沿程水深逐渐增加,局部地段水深接近无压隧洞顶部；检修闸门和工作闸门门槽处水流流态均不理想(出现掺气旋涡);泄洪隧洞出口处水流受到明显顶托,消力池消能效果较差。

    溢洪道通过校核流量时,闸前水流较为平顺,闸后水流流态进一步恶化,闸墩尾部水流衔接较差(产生明显的 “V”形空腔);闸门门槽处水流流态较好;溢洪道出口水流明显受到顶托,消力池消能效果极差,下游河道水流流态极为紊乱。泄洪洞通过校核流量时,过闸后的水流由于流速较大,已形成明显的掺气水流，并且在纵坡i=0.02陡槽段沿程水深逐渐增加,局部地段水深已达无压隧洞顶部(出现明、满流交替现象);检修闸门和工作闸门门槽处水流流态极不理想(出现明显气泡);泄洪隧洞出口处水流受到明显顶托,消力池消能效果极差。溢洪道和泄洪洞出口处，由于受到消力池左侧回流的影响，水深均超过了设计边墙高度，并直接导致消力池消能效果极不理想。

4.3  原设计方案试验成果分析

1)溢洪道通过不同频率流量下的库水位模型实测值均小于理论计算值,表明溢洪道的泄流能力能够满足设计要求;但泄洪洞在不同频率库水位下,流量的模型实测值均大于理论计算值，洞内水流出现明、满流交替现象,表明泄洪洞的泄流能力已经超过设计过流能力，泄洪洞无压段断面不足。

2)溢洪道泄槽内水流在设计流量下和校核流量下虽然均产生冲击波，但对水流下泄影响不大。此外,无论是设计流量,还是校核流量，水流在闸墩尾部产生“V”型空腔,分析其主要原因,在于水流在闸墩范围内速度梯度变化过大,闸墩尾部体型不太合理,致使水流脱离边界。泄洪洞通过不同频率的流量时,均出现无压段水深沿程增加的现象。

    3)消力池对下泄水流的约束能力太差,在不同频率流量下，进入消力池的水流均跃出消力池尾坎,直冲对岸(大流量时，翻越河道边墙)，消力池消能效果极不理想,同时下游河道水流极为紊乱,平面上呈“Z”形大幅摆动,水深沿河道横断面分布极不均匀。

 4)溢洪道进水渠水流流态较为平顺。

 5）隧洞是否泄洪消力池水深及流态变化不大。

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