趙 斌

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，石家莊 050021）

AG水庫溢洪道泄流能力分析

趙 斌

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，石家莊 050021）

列舉了AG水庫溢洪道原設(shè)計水位—泄量計算成果及水工模型試驗成果，對兩種成果的差異進行了對比分析，為工程設(shè)計提供參考。同時，就溢洪道的水力設(shè)計提出建議，對類似工程具有一定借鑒意義。

流量系數(shù)；模型試驗；低堰

1 工程概況

AG水庫是一座以防洪灌溉為主、結(jié)合發(fā)電養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程，水庫總庫容2.966億m3。水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞（兼作輸水洞）、水電站等建筑物組成。

水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，洪峰流量5360m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇，洪峰流量11080m3/s。庫區(qū)地震動峰值加速度0.10g，相當(dāng)于地震基本烈度7°，按7°設(shè)防。

AG水庫主壩最主壩高49.4m，壩頂高程169.4m，防浪墻頂高程170.6m。溢洪道位于右壩頭東南500m處，設(shè)計最大泄量4533m3/s。溢洪道由進口段、控制段、泄槽組成?？刂贫伍l室為開敞式結(jié)構(gòu)，共3孔，單孔凈寬11.0m，總凈寬33.0m；控制段設(shè)3扇弧型鋼閘門控制運用。控制段上游進口段設(shè)圓弧翼墻，控制段下游泄槽采用梯型斷面。

2 溢洪道原設(shè)計泄流能力

溢洪道控制段溢流堰采用克—奧實用低堰，堰頂高程152.30m，上游堰高2.0m，下游堰高2.5m，定型設(shè)計水頭Hd=10m，堰面輪廓如圖1。

圖1 克—奧溢流堰堰面輪廓

溢洪道原設(shè)計水位泄量關(guān)系如表1，該成果根據(jù)《水力計算手冊》計算得到。

表1 溢洪道水位—泄量計算成果 單位：m3/s

續(xù)表1

3 溢洪道模型試驗泄流能力

為了驗證溢洪道泄流能力，進行了水工（物理）模型試驗（以下簡稱模型試驗），模型按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計，比尺為1∶50。模型試驗溢洪道水位泄量關(guān)系如表2。

表2 溢洪道水位—泄量模型試驗成果 單位：m3/s

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，得到了堰面曲線、側(cè)收縮等影響溢洪道綜合流量系數(shù)的擬合曲線，其表達(dá)式m=0.00002×（H-152.3）2-0.0101×（H-152.3）+0.431448。

4 對比分析

通過模型試驗與原設(shè)計計算成果對比可知，在高水位時，同一水位下溢洪道下泄流量模型試驗成果比原設(shè)計計算成果小10%～15.8%。

堰上水頭和綜合流量系數(shù)是溢洪道下泄流量的主要因素，在相同的堰上水頭下，綜合流量系數(shù)對過堰流量起決定作用。綜合流量系數(shù)為自由出流流量系數(shù)與側(cè)收縮系數(shù)、淹沒系數(shù)的乘積。本工程溢流堰下接陡坡，對于校核水位以下的各水位，溢流堰均為自由出流，因此，綜合流量系數(shù)主要考慮自由出流流量系數(shù)和側(cè)收縮系數(shù)。

SL253—2000《溢洪道設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱規(guī)范）針對不同堰型，推薦了同一側(cè)收縮系數(shù)表達(dá)式。本次分析假定原設(shè)計和模型試驗在相同上游水位下側(cè)收縮系數(shù)相同，并按照規(guī)范計算側(cè)收縮系數(shù)。由此，對于模型試驗與原設(shè)計泄流量簡化為針對自由出流流量系數(shù)（以下簡稱“流量系數(shù)”）的比較和分析。

結(jié)合本工程溢洪道布置，根據(jù)規(guī)范，邊墩形狀系數(shù)ξk取0.7，中墩形狀系數(shù)ξ0取0.45，根據(jù)泄量數(shù)據(jù)推算得到相應(yīng)水位的流量系數(shù)，如表3。

表3 流量系數(shù)推算值對比

對于不同的堰型，有統(tǒng)計數(shù)據(jù)給出了定型設(shè)計水頭Hd下不同相對堰高所對應(yīng)的流量系數(shù)，如表4。

表4 不同堰型自由出流流量系數(shù)統(tǒng)計

從表3，表4可以看出，定型設(shè)計水頭（本工程Hd=10m）下，流量系數(shù)推算值模型試驗與統(tǒng)計數(shù)據(jù)較為接近，原設(shè)計較統(tǒng)計數(shù)據(jù)高出較多。根據(jù)工程經(jīng)驗，對于低堰而言，所推算原設(shè)計流量系數(shù)偏大。

根據(jù)《水力計算手冊》，原設(shè)計計算流量系數(shù)適用于相對堰高P/H0=2.5～0.5的情況（H0為實際工作水頭）。本工程上游堰高P=2m，當(dāng)上游水位高于156.3m時，P/H0＜0.5，采用公式會有偏差。

另外，本次模型試驗還可以看出，當(dāng)實際工作堰上水頭H0較小時，m隨H0/Hd增加而增加，在H0/Hd=1.2附近m達(dá)到最大值，隨著堰上水頭的繼續(xù)增加，m開始降低。而原設(shè)計m計算值隨著水位的增加不斷增加，未出現(xiàn)極值。根據(jù)工程經(jīng)驗并結(jié)合統(tǒng)計資料和本次水工模型試驗成果，建議參考模型試驗成果對AG水庫溢洪道泄流能力進行復(fù)核，確保水庫樞紐防洪安全。

5 結(jié)語

（1）曲線形實用堰分為高堰與低堰，兩者有不同的水力特點。對于高堰，流量系數(shù)m有隨H0/Hd增加而增加的趨勢，而對于低堰，當(dāng)實際工作堰上水頭H0較小時，m隨H0/Hd增加而增加，但當(dāng)H0/Hd增加到一定數(shù)值后，m達(dá)到最大值，H0再增加，m反而降低。對于曲線實用低堰，當(dāng)堰上水頭達(dá)到一定數(shù)值后，其堰型水力特征不再顯著。

（2）溢洪道泄流能力關(guān)系著樞紐本身及下游防護對象的防洪安全，在溢洪道水力設(shè)計時，應(yīng)合理選擇堰型，并對泄量計算相關(guān)公式的適用條件進行分析，注意不用堰型的水力特性，對于大型工程及邊界條件復(fù)雜的工程，采用水工模型試驗對設(shè)計成果進行驗證。

［1］SL253—2000，中華人民共和國水利部［S］.

［2］吳持恭.水力學(xué)（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2008.

［3］李煒.水力計算手冊（第二版）［K］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［4］祁慶和.水工建筑物（第三版）［M］.北京：中國水利水電出版社，1997.

［5］SL265—2016，水閘設(shè)計規(guī)范［S］.

Analysis of flow capacity of spillway in AG reservoir

ZHAO Bin
（The Second Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei， Shijiazhuang 050021， China）

In this article，thecalculationresultandmodeltestresultabouttherelationship between the water level and discharge in the spillway of the AG reservoir are listed.The difference between calculation result and model test result is analyzed.The result offers reference for project design and hydraulic design of spillway，it also offers reference for similar projects.

discharge coefficient； model test； low weir

TV651.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0037-03

2017-08-22

趙 斌（1978-），男（漢族），河北石家莊人，高級工程師，主要從事水利水電建筑工程設(shè)計工作，（Tel）13398610119。

王艷肖）