迷宫堰在除险加固工程中的应用

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摘要：本文基于马加尔哈斯法对迷宫堰进行了泄流能力的水力计算，结合调洪演算对迷宫堰的泄流量和几何尺寸的拟定进行了研究，最终得到在溢流宽度相同的条件下,利用迷宫堰泄流比宽顶堰泄流能力大大提高。

关键词：迷宫堰；水力计算；调洪演算；泄流量

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1引言

某除险加固工程，利用现状宽顶堰泄流时，坝高不能满足设计要求。为增加泄流能力，提高水库的防洪能力、增大兴利库容、减小坝体加高培厚量，本次除险加固工程选定迷宫堰来改造水库的宽顶堰溢洪道。

迷宫堰是一种具有挡水和泄水的水工建筑物, 在平面布置上呈折线形, 形状类似锯齿形或梯形布置[1]。在溢流宽度相同的条件下,迷宫堰的溢流前沿比一般直线堰长，故其泄流能力比直线堰要大。根据国内外经验，其泄流能力一般为直线堰的两倍，所以利用迷宫堰提高泄洪能力的效果十分显著。由于增强了泄洪能力，所以相应地可以提高兴利水位，增大兴利库容。另外迷宫堰构造简单，投资少，施工运行管理方便。因此迷宫堰广泛适宜于在中小型水利工程除险加固中使用。

2迷宫堰泄流量的计算方法

迷宫堰的水力设计是以提高泄流能力为目的, 其工作条件以选用自由泄流的水力特征为基础。迷宫堰的泄流量以流量系数为表征，与堰的平面布置，上下游底板高差，堰顶形状和尺寸、宽高比、展宽比以及水头等有关，各几何参数见图1、图2。

图1 迷宫堰平面布置图 图2A-A剖面图

根据国内外的经验，经济上较优的迷宫堰的各部分几何尺寸的选择范围为：

H/p=0.40～0.7；L/W=2～5； w/p=1～3。

其中：H为迷宫堰上净水头；p为堰墙高；L为堰展长；W为堰总宽；侧

墙与中心线夹角α，w为单宫宽度。

国内外对迷宫堰进行了很多模型试验,得出了许多适用于工程上使用的水力计算公式，主要有戴维斯法、马加尔哈斯法、美国垦务局法等。马加尔哈斯法的流量系数与净水头H有关，为便于计算，本次设计对迷宫堰泄流能力的水力计算采用马加尔哈斯法[2]。

1983年马加尔哈斯用无量纲形式表征流量系数，并绘制了mw=f(H/p, L/W),如图1所示：

图1 马加尔哈斯迷宫堰流量系数

泄流计算公式：

上式的适用条件是迷宫堰平面上为梯形；上、下游底板齐平；堰顶形状为1/4d圆弧；1≤l/w≤8；0.2≤H/p≤0.6；α≥αmax；α/p＞2。

3设计实例

某除险加固工程现状坝顶高程为332.30m，现状溢洪道位于大坝左岸，设计为开敞无坎宽顶堰溢洪道，进口底板高程330.80m。当采用原宽顶堰进行泄流时，经调洪演算，校核洪水位为332.15 m，其对应的下泄流量为7.28m3/s，现状坝高不能满足泄洪要求。为增大泄流量，以使坝体加培量减小，本次设计采用迷宫堰。（1）设计参数及尺寸拟取

根据工程实际情况，取堰的总宽度为W=7m。根据已有经验取L/W=2～5，本次设计堰的展开长度L=18m , 则L/W=2.6。

设3宫，即n=3。单宫宽度w=W/n=2.33m。

（2）下泄流量计算

取H/p=0.50，L/W=2.6时，查马加尔哈斯迷宫堰流量系数（图1），得mw=1.1。

用迷宫堰泄流能力与校核洪水过程线进行调洪演算，得出校核洪水位为331.46 m，其对应的下泄流量为=18.7m3/s。

（3）核算是否为自由出流

计算临界水深：=0.85m。

经计算：泄槽临界坡度为3.6‰，当泄槽段底坡取1/10时，根据原有断面计算，堰后水深H=1.03m，由于H＜墙高p，故不会产生淹没出流。

（4）细部几何参数确定

堰上净水头H=331.46-330.80=0.66m，故堰墙高p=0.66/0.5=1.32。当堰高为1.32m时,w/p=2.33/1.32=1.77，符合经验取值范围。

由αmax=arcsin(w/ l)=22.54°，取α=0.8αmax=18°。

根据经验，堰顶宽取T=0.1p=0.13m,顶部为半圆形。

通过计算后比较可知：利用迷宫堰泄流比宽顶堰泄流量提高了2.6倍，校核洪水位降低了0.69m，则相应的水库加培量可大大减小。

4结语

迷宫堰的轴线在平面上呈折线型，在同等溢流宽度条件下，溢流前沿长度比直线堰要长得多，因而泄流能力比直线堰大数倍[3]。本文基于马加尔哈斯法对迷宫堰进行了泄流能力计算，结合调洪演算得出迷宫堰的泄流量和几何尺寸。结果表明：1.在溢流宽度相同的条件下,利用迷宫堰泄流比宽顶堰泄流能力大大提高，降低洪水位。这对于土石坝可降低洪水位时的浸润线，大大增加了大坝的安全性；2.泄流量的提高，可增加兴利库容、提高防洪标准、减小水库加高的工程量。

5参考文献

1刘长珍，迷宫堰技术在小型水库除险加固中的应用[J].水利工程建设与管理.2008.18；

2 迷宫堰的水力特性和设计计算方法[B].溢洪道与泄洪隧洞分册；

3 郭子中，迷宫堰的水力特性及其设计，砌石坝技术，1984（3）。