一种中墩尾部水翅消减方案试验研究

【摘要】随着水利建筑的大力发展，溢洪道等相关建筑的建设量也与日俱增。目前溢洪道普遍存在在中墩尾部水翅问题。本文将结合四川内江村官口水电站，通过理论分析并借助物流模型试验，来研究有效消减溢洪道水翅的工程措施。

【关键词】水翅消减；溢洪道；水流流态；设计流量

1 工程概况

村官口水电站位于四川省内江市箜瓶村的清水河处，是荣枝河的二级支流，多年径流量约为85.52 m3/s， 村官口水库正常蓄水位为552.59m，设计与校核洪水流量分别为883.85m3/s与1099.8 m3/s。

2 模型设计

本次模型在长沙理工大学水力实验室进行，为更好的观察中墩附近的水流结构，以及水流对边壁的影响[1～3]，溢洪道控制段与收缩段模型外部采用透明的塑胶板制作（图1）。

3 方案设计

根据原方案放水效果，考虑设计半圆形尾墩、尖圆形尾墩和变宽度斜尾墩三种方案。其中，半圆形尾墩的半径为中墩宽度（4m）；尖圆形尾墩短轴为中墩宽度（4m），半长轴为短轴的0.875倍；变宽度斜尾墩分为两部分，第一部分宽度渐变，由4.0m收缩至0.6m，收缩长度为1.73m，第二段宽度不变，均保持0.6m，长为8m，整个尾墩高度由3m渐变收缩至0（图2）。

（a）半圆形尾墩 （b）尖圆形尾墩 （c）变宽度斜尾墩

4 试验结果分析

在设计流量工况下，对各方案进行放水效果对比，并以原方案为基本值进行比较，将比较结果详细列于表1。将各方案放水效果绘于图3。

结合图3中流态效果与表1中数据可看出，原方案下水流对冲严重，水翅规模大，下游水流流速大，流态极为紊乱、恶劣。采用半圆形与椭圆形尾墩后，渐变边界对水流有了一定的归顺作用，但水流交汇点相对较为集中，水翅规模消减程度有限。采用变宽度斜尾墩后，受到边界引导，水流沿整个交汇面分开，水流交汇点现状分散，水流对冲显著降低，且下游水流紊乱度降低，流态显著改善，下游弯道入口处断面两岸水位差也显著降低，因此，本文推荐选择变宽度斜尾墩为最优方案。

5 结论

水电站溢洪道中墩尾部水池现象严重，采用合理的工程措施，减小水翅规模，保证溢洪道安全是水利工程研究的重点。本文结合理论分析，以四川内江村官口水电站为研究对象，采用物理模型试验方法，详细分析了无尾墩、半圆形尾墩、椭圆形尾墩和变宽度斜尾墩四种方案，从试验结果来看，采用变宽度斜尾墩水翅规模最小，溢洪道中墩附近及下游水流流态最好，因此采用变宽度斜尾墩为最佳方案。

参考文献

[1]王世夏.水工设计的理论和方法[M].北京：中国水利水电出版社，2000.

[2]许文海，李国栋，卢泰山，等.泄洪洞突扩突跌段空化特性的试验研究[J].西安理工大学学报，2007，23（1）：20-24.

[3]许新宜.试论生态环境需水量.[J] - 水利规划与设计 2003（1）