重庆青溪河水电站中墩尾部消减水翅结构形式研究.docx

2015年第4期水利规划与设计科研管理

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DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2015.04.018

重庆青溪河水电站中墩尾部消减水翅结构形式研究

杨刚1,张林1,冷慧琳1,刘健1,谢龙2

(1.重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆400074;2.江苏交通科学研究院股份有限公司，江苏南京210017)

摘要：为了降低水库溢洪道中墩末水流对冲强度，尽可能地引导水流沿中轴方向下泄、抑制水冠的形成。文章设计了几种方案，通过青溪河水电站溢洪道模型试验进行效果分析，变宽度斜尾墩方案消减水冠、改善流态作用效果明显，其附近水流结构发生了深刻的变化，从而达到了优化水工建筑物，提高溢洪道运行稳定性的目的。

关键词：溢洪道；弯曲段；超高；导流墙；冲击波

中图分类号：TV135.2文献标识码：B文章编号：1672-2469(2015)05-0052-02

1前言

水冠现象主要由于中墩两侧水流迎面冲击中墩本身和两侧水流在中墩末段横向对冲所造成的1。在溢洪道的闸室，闸墩尾部的泄槽段时有发生。它的存在，尤其是在高坝大流量高流速的情况下，将给溢洪道的边墙与泄槽底板甚至隧洞顶部带来严重的危害，造成巨大的经济损失[2~5]。由于水冠现象的机理比较复杂，水流流态无法用软件模拟，研究难度大，针对这一问题业界尚无完整的理论和研究方法，因此目前主要采用在实验的基础上逐步改进的方法来解决这一问题[6]。

本文结合青溪河电站溢洪道模型，通过系列实验，比较了以往尾墩体型的优缺点，并设计推荐了几种新型的能够有效减小水流尾墩两侧产生的水翅的合理方案，可为同类工程提供参考借鉴。

2方案设计

参照以往的工程经验，考虑到工程量大小、施工方便和周围的实际水流流态等综合因素，尾墩常布置为无尾墩、平圆形、楔形和尖圆形几种7~8]。但从实际效果来看，尾墩末的水流流态并不理想，尾墩两侧水流对冲过于剧烈，产生强烈的冲击波，严重扰乱了下游流态。为了更好的比较各方案下水冠的强弱，本文在根据以往经验和水文参数设计新型尾墩的同时，也根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)设计了常用的几种尾墩形态用以对比。

2.1无尾墩

无尾墩方案即不在中墩尾部采取任何工程措施，其优点是省去了尾墩的工程量，节约了工程成本，但在此方案下，水流从中墩有边壁阻挡处行进至中墩后无阻挡处没有任何过渡衔接段，造成的折冲水流最为明显，流态也最为恶劣。一般多用于闸墩头伸出上游堰面距离L=0

且淹没度h?/H?≥0.75的中小型水电站。其中，h。为不计行近流速情况下的堰上总水头，H。为堰上中墩高度。

2.2半圆形尾墩

半圆形尾墩方案即在中墩尾部采用半圆形尾墩衔接。尾墩边壁圆弧形的构造缓冲了两边水流的直接对冲，使水流更平顺的沿着溢洪道轴线方向下泄，很好的改善了溢洪道尾墩附近及下游衔接段的流态。该方案尾墩为半圆形，半径即为中墩宽度，其布置图如图1所示。

图1半圆形尾墩方案布置图

作者简介：杨刚(1986年一),男，助理工程师。

基金项目：国家自然科学基金

科研管理水利规划与设计2015年第4期

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2.3尖圆形尾墩

为了更好的分散中墩两边水流交汇点的位置，减小尾墩交汇水流侧向流速，使水流方向更接近中轴，考虑采用流线形尾墩边壁，进一步缓冲中墩两侧水流的对冲。此方案尾墩即短轴为中墩尾部边界，长轴为1.71倍中墩宽度的半椭圆形，其方案布置图如图2所示。

图2椭圆形尾墩方案布置图(单位：m)

2.4变宽度斜尾墩

此方案考虑利用尾墩宽度的变化来分散中墩两侧水流交汇点的位置，使水流沿着墩子斜顶面拉开，并通过尾墩搞得的变化，使由底到水面水流汇交后水冠被上面水体压住，抑制水冠的形成。为保证尾墩淹没于水中的部分占整个尾墩长的0.6~0.8m,因此，尾墩的宽度应根据中墩末的水深来确定。根据青溪河溢洪道的实际情况，此方案尾墩的初始高度定为3m。因此，整个尾墩的布置如图3所示，该方案的尾墩分为两段，第一段尾墩宽由4m收缩到0.6m,收缩角为45°,第二段宽度不变，

为0.6m,整个收缩段剖面高度由3m渐变至0,坡脚为17°。

图3椭圆形尾墩方案布置图(单位：m)

3模型试验研究

3.1模型简介