Ｌ厂学术 ］ ＡｃＡＤＥＭＩｃ 某水库溢洪道出ｃｌ ｏｔ流鼻坎优化探究 ◎万康飞兵团勘测设计院（集团）有限责任公司 摘 要：云南某水库溢洪道出口与河道交角呈１３５。角，通过模型试验发现，挑流鼻坎将下泄水 流挑向右岸滩地，水流无法归槽， 中坑较深，危及进场道路安全。通过改变鼻坎体型，改变了水流 导向，水流挑向下游河道，且水舌扩散充允消能防 中效果特别明显。 关键词：溢洪道挑流鼻坎优化 １．工程概况 竖井后隧洞段１９６ｍ，外包混凝土钢 ｉ＝１／１．３，槽宽６ｍ，槽深由５ｍ渐变为 云南某水库位于云南省丽江市永 管段长５４ｍ，出口明渠段长２６０ｍ。输 ４ｍ；两段泄槽之间采用抛物线连接。 胜县境内，坝址距永胜县￣＠５８ｋｍ。水 水系统设计流量５．１Ｏｍ。／ｓ，加大流量 消能防冲段长５５．２６ｍ，采用挑流消 库的工程任务为：解决项目区３．６万人 ６．２０ｍ ／ｓ。 ｌ能，挑坎半径１５．Ｏｍ，挑角２２￣，鼻坎 和１４．７５万头牲畜用水问题、满足５．０５ 顶高程２２６４．３５；鼻坎后接钢筋石笼 万亩灌溉面积的灌溉用水，改善灌溉 ２．溢洪道设计 护坦，长４０ｍ，其末端与泄洪洞出口护 面积２．２７万亩，新增灌溉面积２．７８万亩 水库正常蓄水位２３２８．Ｏｍ；设计 坦相接。 冬春季节季节性灌溉需水以及下游乡 洪水位２３２８．１４ｍ，对应溢洪道下泄流 溢洪道出口处岸坡较陡，坡度达 镇工业需水要求。枢纽工程主要建筑 量为１０３ｍ ／ｓ；校核洪水位２３３０．７７ｍ， ４０。～５０。，消能设施若采用底流消 物包括大坝、溢洪道、泄洪洞以及输 对应溢洪道下泄流量为２４０ｍ。／ｓ；下 能，挖方量较大，且会形成高边坡，工 水洞，总库容２５２ｏ７５ｍ 。 游消能防冲标准３０年一遇，对应水库 程投资较大，经综合考虑，溢洪道末 水库为中型Ⅲ等工程，大坝为沥 水位２３２７．８２ｍ，溢洪道下泄流量为 端采用挑流消能。 青混凝土心墙坝，为２级建筑物，溢 ８９ｍ ／ｓ。 溢洪道出口处河道为天然弯道， 洪道、泄洪洞、输水洞为３级建筑物， 根据枢纽工程总体布局，溢洪道 溢洪道轴线与河道走向呈１３５￣角。 灌溉工程建筑物级别为５级，围堰建 布置在左岸，进口紧靠左坝肩，轴线 该段河道主河槽宽约２０ｍ，左岸为高 筑物级别为４级，其他临时建筑物为５ 与大坝轴线呈１０３。角，由进水渠、控 陡山体，右岸为河漫滩，河漫滩宽约 级。枢纽布置格局为：大坝拦河布置， 制段、泄槽段、消能防冲段组成，全长 ６０ｍ，右侧为山体。右岸山体坡脚处 右岸布置输水系统、左岸布置泄洪洞 １８８．６１ｍ。 布置有进场道路，道路距溢洪道挑流 （与初期导流洞合二为一）及表孔溢 进水渠长１４．９８ｍ，矩形断面，左 鼻坎（沿溢洪道轴线方向）约８０ｍ。 洪道。 边墙为衡重式，由７．２３ｍ圆弧段和７ｍ 溢洪道挑流鼻坎体形初步设计 坝型采用沥青混凝土心墙坝，坝 直线段组成；右侧边墙为重力式， 为连续坎，为验证水流形态、消能效 顶高程２３３１．３５ｍ，最大坝高８１．３５ｍ， 由１２．８２ｍ圆弧段和７ｍ直线段组成， 果以及下泄水流对相邻建筑物是否 坝顶宽度为８．０ｍ，坝长３００．Ｏｍ。坝 渠底宽由１２．６ｍ渐变到８ｒｎ；渠底板 存在安全隐患，设计过程中进行了水 顶上游侧设防浪墙，墙顶高出坝面 高程２３２１．５ｍ，纵坡ｉ＝０。控制段长 工模型试验。 １．２ｍ。大坝上下游坝坡均为１：１．８。 １１．５ｍ，堰型为“ＷＥＳ”实用堰，堰顶 泄洪洞与导流洞完全结合，为无 高程２３２４．５ｍ，堰净宽８ｍ，采用弧形 ３．模型试验 压洞泄洪，总长４１５．７５ｍ，设计泄量为 工作门挡水。泄槽段长１０６．８７ｍ，由 溢洪道水工模型试验由水利部西 １８６ｍ ／ｓ，校核流量为１９１ｍ ／ｓ。 ２段组成，其中第一段泄槽长３Ｏｍ， 北水利科学研究所实验中心承担，重 输水系统采用有压运行，总长 纵坡ｉ＝０．０２，槽宽由８ｍ渐变为６ｍ， 点对挑流鼻坎进行优化、验证。 ６１４．９３ｍ，其中竖井前隧洞段长７５．５ｍ， 槽深５ｍ；第二段泄槽长６０．６ｍ，纵坡 模型几何比尺Ｌｒ＝４０，全部采用 ｕ‘－９ ｌｌ ２０１ＷＷＷ Ｚ ｌｓＹＺ ６ ｏ５ｆ］Ｔ￣ｃ（Ｉ Ｉｔｌ 内；下泄水流横向扩散充分，入水单宽 流量明显减小。 ②河道冲淤形态。正常蓄水位时 冲坑深度约为７．２ｍ，下游河道淤积范 围较小；下泄校核洪水时冲坑深度约 为１２．Ｏｍ，下游河道冲淤范围较大，但 Ｔ — ｉ Ｌ 要小于原设计方案，主要原因与河道 内覆盖层埋深有关。 ③结论。优化后溢洪道挑流鼻坎 体形通过模型试验验证，各工况下水 流导向理想，入水位置在下游主河槽 内；水舌扩散充分，正常蓄水位泄洪 图１原设计鼻坎体形 图２优化后鼻坎体形 时下游河道冲坑深度约为７．２ｍ，下泄 校核流量时冲坑深度约为１２．Ｏｍ，消 有机玻璃制作，流量比尺，流速比 交角较大，泄洪时冲坑位于河槽右岸 能防冲效果明显。总之，通过模型试 尺，时间比尺，糙率比尺。 滩地，水舌扩散不充分，下泄水流无 验优化、验证，该工程溢洪道挑流鼻 鼻坎下游河床质抗冲流速为 法归槽；由于右岸河漫滩覆盖层埋深 坎达到了设计目的，效果特别理想。２．５ｍ／ｓ，经依兹巴什公式计算，模型动 较大，导致冲坑较深，淤积物堵塞河 床冲料粒径范围为３．２ｍｍ－６．２５ｍｍ， 槽，且冲坑将会危及右岸进场道路的 ４．结语 水利水电工程中泄水建筑物消能 按此粒径范围配置冲料的中值粒径为 安全。 ｄ５０＝４．３４ｍｍ。 （２）体形优化后试验结果。针对 防冲设计尤为重要，泄水建筑物泄流 时携带巨大能量，如果处理不慎，将 （１）原设计试验结果。原设计鼻 溢洪道原设计挑流鼻坎存在的问题， 坎体形见图１，采用连续坎，结构简 对鼻坎体形进行优化。该工程溢洪道 会造成泄水建筑物或其他建筑物破 单。试验过程中对水舍形态、下游河 挑流鼻坎耍达到的目的主要是改变 坏，从而影响工程安全。本本工程溢 道冲淤形态进行了记录。 水流导向，其次是使水流沿纵向或横 洪道挑流鼻坎通过改变体型，解决了 流与空气的接触面积，使消能更加充 ①水舍形态。溢洪道下泄校核流 向扩散以达到减轻下游河道冲淤的目 下泄水流不归槽问题，同时增大了射 量时水舌挑距为８４．７４ｍ，正常蓄水位 的，为此，试验先后经过了４次优化， 时下泄水流水舌最大挑距为６８．７４ｍ； 从，ｑｚ面来看，水舌顺直而下，入水处 最终方案挑流鼻坎体型见图２。 该方案鼻坎体型结合了斜挑坎、 分，减小冲坑深度，消除了下泄水流 对进场道路的安全隐患。缸 水舌横向扩散轻微，校核洪水位和正 扭曲坎及窄缝坎的优点。首先，将右 常蓄水位时水舌宽度分别为１０．Ｏｍ和 边墙做成弧形，改变出水方向。其 参考文献ｔ ８．Ｏｍ，水流较为集中。从水舌入水位 次，鼻坎宽度沿程收缩，使挑出的水 ［１］田莉，赵涛．某水库溢洪道出口挑流鼻坎 置来看，入水点位于河槽右岸滩地，下 流在空中向竖向和顺水流方向充分 优化试验研究［Ｊ】．人民黄河，２ ０１ ３，０８：１ ３２— 泄水流没有归槽。 扩散，以减小水舍入水单位面积能 １３３＋１ ３６． ②河道冲淤形态。冲坑最深点位 量，减轻下游河道冲刷。最后，将鼻 ［２］赵亚楠，王黎明，毛云．溢洪道出口段加固 于鼻坎下游溢洪道中线偏左部位，下 坎右侧槽底抬高，促使水流向左侧扩 方案探究［Ｊ］．中国水利，２０１３，２０：４５—４６． 泄校核流量时冲坑深度为１７．２０ｍ，正 散的作用加强，挑出的水流在空中扭 ［３］张俊，刘飞鹏，邱勇，龚爱民，王力．泄流建 常蓄水位时冲坑深度为１２．１Ｏｍ。从 曲成斜面，使射流入水区顺水流向充 筑物异型挑流鼻坎三维设计研究［Ｊ】．水电能 冲淤形态来看，冲坑位于河床右岸滩 分散开。 源科学，２０１５，０７：９７—１００． 地，下泄水流将冲坑部位河床质冲向 较大范围的平滩，淤积严重。 模型试验记录如下：①水舍形 ［４】陈雪冬．异型斜鼻坎挑流消能试验研究 ［Ｄ］．云南农业大学，２０１５． ［５］５张术彬，常俊德，田振华．五道库水电站溢 左岸及以下河槽，将下游河道淤积成 态。下泄校核流量时水舌最大挑距为 ９８．８２ｍ，正常蓄水位时水舌最大挑距 ③存在问题。由于溢洪道出口处 为８１．２２ｍ；从平面位置看，主水舌导 流坝挑流鼻坎优化试验［Ｊ］．东北农业大学学 为天然弯道，溢洪道轴线与河道走向 向较理想，入水位置位于下游主河槽 报，２０１４，０６：１２２—１２８． ＡｃＡＤＥ ｌ６３
