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溢洪道是水利枢纽工程中一种重要的泄水建筑物,溢洪道的布置形式多种多样。在工程实践中,常因地质、地形、工程结构、枢纽整体布置等条件的限制,或者为了充分利用地形、依山傍势,溢洪道常要在平面上设置弯道段,这种形式的溢洪道在泄流时,如果水流为急流,常常会产生弯道急流冲击波,若溢洪道的陡槽设置弯道,水流流态就更为复杂。因此,溢洪道设计方案通常要进行模型试验,进行优化。
汤河水库溢洪道具有典型的陡槽设置弯道、单宽流量大、进入消能段的水流分布不对称等的特点,研究溢洪道的整体情况具有非常重要的意义。本文以汤河水库溢洪道续建工程设计方案为依据,根据工程设计单位提供的基本资料,在实验室建立水工模型。通过水工模型试验,首先对溢洪道原有工程段进行了泄水能力以及水流形态研究,并与原型观测对比;其次,对溢洪道续建工程设计段的水流流态、流速分布以及底板压强分布进行了研究;最后通过实验数据分析,提出了方案存在的问题,给出解决问题的合理建议,并对陡槽溢洪道的体型进行优化,使方案满足泄流安全和消能的双重要求。
在模型试验研究中,分正常运行、设计、校核三种不同洪水流量方案分别进行了试验研究。试验结果如下:
(1)从汤河水库溢洪道模型试验数据和试验观察可知:原有工程段的水流流态较好,水面波动不大,水位分布也较均匀,水流流速在全段分布情况良好;溢洪道具有超泄能力,满足泄水能力要求。
(2)汤河水库溢洪道续建工程设计方案中泄槽段、消力池段、海漫段整体工程布置、体型及尺寸合理,水流形态也基本趋于正常,未产生异常水流现象,模型试验中水流流速分布情况大体与设计方案相似。尽管在弯道段流态、流速分布较复杂,但整体情况与理论相符,建议在弯道段采用弯曲导流墙法来消减弯道急流冲击波。
(3)设计方案各段底板压强分布正常,不存在太大的安全隐患。在溢洪道某些位置出现负压,设计方案已予以考虑,并添加了工程措施,保证了底板的稳定性。
(4)受弯道冲击波影响,消力池内未能形成完整水跃,在各流量下均形成远驱水跃,消能效率较低,出流条件不满足下游冲刷要求。建议改善消力池入流分布及采取挖深消力池的办法,增加尾坎高度,提高消力池消能效率。