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（1.淮安市水利勘测设计研究院有限公司 淮安 223005 2.河海大学港口海岸与近海工程学院南京 210098）

复杂水流的弯道溢洪闸设计与研究

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（1.淮安市水利勘测设计研究院有限公司 淮安 223005 2.河海大学港口海岸与近海工程学院南京 210098）

盱眙山洪水库溢洪闸下游泄槽段平面上为弯道，立面上水流有较大落差，水流条件复杂，泄槽结构布置及设计难度较大。本文结合山洪水库溢洪道水工模型试验成果，着重对各种工况下溢洪道泄槽转弯段的布置及消能进行设计与研究，并与泄槽直线段对比分析，进一步阐明在各种复杂工况下泄槽转弯段内设置导流墩的必要性及其合理的布置方式以及出口消能设施的效果，以实现山丘区中高水头弯道溢洪道在过流、消能防冲等设计方面安全可靠、经济合理，为其他水库溢洪道设计提供有益的参考。

溢洪道 泄槽 转弯段 模型试验 导流墩 水流流态

1 工程概况

山洪水库位于江苏省盱眙县桂五镇境内，是一座集防洪、灌溉与水产养殖于一体的中型水库。水库建成于1959年，1960年拦洪蓄水，主要建筑物有均质粘土坝、溢洪道、灌溉输水涵洞。为了充分发挥水库功能，2011年山洪水库被列为国家大中型水库加固除险工程项目，拟对水库枢纽的主要建筑物大坝、溢洪道、输水涵洞等工程进行除险加固处理。其中拆建溢洪道为其建设内容之一。山洪水库溢洪道设计洪水位时最大泄量100m3/s，校核洪水位时最大泄量140m3/s，闸室总净宽15m，共3孔，采用平板直升钢闸门，配3台2×80kN双吊点卷扬式启闭机。

2 工程特点及技术难点

2.1工程特点

（1）山洪水库洪水调度原则：兴利水位、汛期水位、洪水起调水位均为60.0m，超过20年一遇泄水建筑物全开敞泄，否则控泄100m3/s。

（2）现状溢洪道下游泄槽段平面上为弯道呈直线—圆弧形布置，转弯角度较大（约60°），易产生较大离心力，同时立面上水流有较大落差，约7.2m，易产生较高水流冲击波，影响水流流态，使得水流条件较复杂。

（3）现状溢洪道下游消力池末端有较大冲坑，弯道外侧顶部也有冲刷，说明溢洪道水流条件较差。

2.2技术难点

（1）应根据洪水调洪演算成果、泄洪能力、施工及管理方便等因素进行无闸控制溢洪道与建闸方案技术经济比较。

（2）由上述工程特点可知溢洪道水流条件复杂，泄槽转弯段结构布置及设计较为困难。

（3）对于平面为弯道、立面水流有较大落差的溢洪道泄槽段水力计算缺乏理论计算公式，设计中应结合地形、地质及现状溢洪道运用情况，进行必要的物理模型试验，优化溢洪道泄槽转弯段的布置，以改善溢洪道水流条件。

3 主要设计方案

3.1溢洪道重建方案比较

拆建后结合现状地形对溢洪道进行布置，拟定两个方案。方案一：溢洪道采用开敞式实用堰结构，堰顶高程60.00m，根据调洪计算堰顶宽度需50m；方案二：溢洪道采用带闸控制结构，闸室分3孔，每孔净宽5m，宽顶堰闸室底板高程58.00m，闸门顶高程60.50m。汛限、兴利水位60.00m不变，泄洪能力相当，经比较，综合考虑两个方案溢洪道（闸）的泄洪能力、管理运行和调度方便、工程量和造价经济、工程布置合理、施工难度等因素，最终选择方案二。

3.2溢洪道主要设计方案

新建溢洪闸由上游连接段、闸室控制段、一级消力池、泄槽段、二级消力池及海漫段组成，全长172m。新建上下游护坦，拆建溢洪道两侧挡墙及消力池，疏浚尾水渠长250m。闸底板3孔一联，顺水流方向长12.50m，闸墩顶高程62.00m，闸身采用开敞式宽顶堰型钢筋混凝土U型结构。根据水面线和消能计算，结合实际地形和水头设二级消能，消力池长度分别为16.40m、29.10m，深1.40m、1.60m，中间泄槽段平面上呈直线—圆弧形布置，转弯角度60°，落差7.2m，挡水墙高4.2~5.8m，由于弯道段横向水面差较大，在泄槽圆弧段边墙内等间距设置4道导流隔墩，导流墩高2.2m，厚0.30m，以改善水流流态。详见图1。

图1 山洪水库溢洪道平面布置图（原方案-4道导流墩方案）

4 物理模型试验优化成果

山洪水库溢洪道下游泄槽段平面上为弯道，立面上水流有较大落差，水流条件复杂，泄槽段结构布置及设计较为困难。由于受计算公式、计算模式、各种参数选取的准确性以及数值模拟方法的局限等原因，理论计算和数值模拟计算成果与实际差距较大，尤其针对该项目复杂水流情况，消能效果及水流流态成果不能更好地反映实际情况，适合做物理模型试验。该项目物理模型试验重点研究各种工况下溢洪道泄槽转弯段水流形态，与泄槽直线段对比分析，论证泄槽段内设置4道导流墩的必要性及其合理的布置方式；同时研究分析溢洪道出口消能设施效果，用于验证设计的合理性，从而得出溢洪道泄槽转弯段合理的结构布置型式以及最经济合理的消能设计，为工程的安全和优化设计提供科学依据。

模型几何长度比尺（原型/模型）为30，试验内容有量测溢洪道的泄流能力、相应的库水位～流量关系曲线、观测各种工况下的水流流态、水面线、流速分布、底板沿程中心线及泄槽弯段两侧边墙的时均动水压强分布等。

河海大学试验结果表明：（1）泄流能力可满足设计要求；（2）在不同泄流工况条件下，一级、二级消力池的尺寸是合适的；（3）通过不同方案的比较试验，泄槽弯道段设置导流墩是必要的；（4）从工程投资出发并结合水力参数的测量结果，建议原设计4道导流墩改为3道导流墩，同时消力池末端导流墩缩短5.65m，能够满足工程要求。水工模型试验优化成果见图2～4。

图2 30年一遇洪水位60.5m，流量95m3/s，溢洪道内流速（3道导流墩方案）

图3 30年一遇洪水位60.5m，流量95m3/s，溢洪道内水面线（3道导流墩方案）

图4 山洪水库溢洪道优化后平面布置图（推荐方案-3道导流墩）

5 结语

通过以上对盱眙山洪水库溢洪道设计及模型试验成果的简要分析，说明对于该工程水流条件复杂、有较大落差的溢洪道采用两级消能设计以及弯道泄槽段采用数道导流墩布置方案是必要且合适的，能较好地消减弯道急流冲击波及折冲水流，有效地减少弯道段横向水头差，极大地改善水流条件，出口消能设施效果较好地满足工程需要，从而实现山丘区中高水头弯道溢洪道在过流、消能防冲等设计方面安全可靠、经济合理，为其他类似水库溢洪道设计提供有益的参考■