谈观文水库溢洪道设计方案比选

2015-08-15杨志飞李秀慧河南省豫北水利勘测设计院

河南水利与南水北调 2015年6期

□ 刘勇 □ 杨志飞 □ 李秀慧（河南省豫北水利勘测设计院）

1 工程概况

拟建观文水库位于赤水河左岸一级支流菜板河的右岸支流白泥河上游，坝址地处四川省古蔺县观文镇五桂村和复兴村交界处，距古蔺县城50km，控制集水面积26.10km2，多年平均年径流量1302万m3，是一座以农业灌溉为主、兼顾乡村供水等综合利用的中型水利工程。该工程建成后对改善当地农业生产条件，保障粮食生产安全和乡村供水安全，促进当地经济社会发展具有重要作用。

初步设计阶段，拦河大坝方案比较后采用沥青混凝土心墙堆石坝，正常蓄水位1090.00m，大坝坝顶高程1094.00m，坝顶轴线长168.68m，坝顶宽7.00m，最大坝高46.00m。

取水（兼放空）隧洞布置在大坝左岸，采用塔式进水口，取水隧洞平洞段用作施工导流，施工后期导流洞进口封堵后，将进水塔及平洞连接，以“龙抬头”形式建设取水隧洞，承担取水及放空任务。取水隧洞洞线全长332.90m。

2 溢洪道方案比选

2.1 溢洪道位置选择

根据现场查勘和本阶段测量勘探资料，大坝左岸自然坡度30～35°，谷底至坡顶高度约65m，大坝右岸自然坡度40～50°，谷底至坡顶高度约96m，右岸较左岸坡度陡，岸坡高。溢洪道如布置在左岸，边坡开挖高度约37m；若布置在右岸，边坡开挖高度约54m，右岸开挖边坡较高，挖方量大。

从溢洪道轴线比较来看，根据坝址处地形，溢洪道若布置在左岸，轴线为直线，可直接进入下游河道，轴线长约200m；如溢洪道布置在右岸，轴线需要在中部向左侧转角约66°才能连接下游河道，轴线长约280m，溢洪道布置在左岸比布置在右岸轴线短约80m，工程量减小，同时左岸轴线直线布置比右岸轴线转角布置水力条件更好，利于洪水下泄。

经过以上分析，溢洪道采用开敞式布置在左岸是合适的，既能节省投资，同时能获得较好的水力条件。

2.2 溢洪道控制方式比选

根据可研阶段确定的水库规模，水库正常蓄水位为1090.00m，为保证水库正常蓄水位，按照溢洪道控制方式，拟定2个溢洪道控制方案进行比较。

2.2.1 方案一:无闸控制溢洪道

无闸控制溢洪道溢流堰顶与正常蓄水位等高，不设控制设施，洪水可及时下泄，运用型式简单，维修养护容易。根据溢洪道与坝轴线的相对位置关系，无闸控制溢洪道可采用正槽布置及侧槽布置两种型式。

正槽式溢洪道布置:该方案采用正槽平底宽顶堰型式，堰顶高程1090.00m，经计算，堰顶宽度约需26.00m。根据拟建溢洪道处地形条件，布置正槽式溢洪道，由于底宽较大，受地形限制，溢洪道右岸已与坝体相接，只能向左岸扩挖，导致左岸大部分山体被开挖，投资增大。

侧槽式溢洪道布置:该方案采用WES实用堰侧槽布置型式，堰顶高程设置在正常蓄水位1090.00m，设计侧槽长20.00m，侧槽起始端槽底高程1086.00m，宽4.00m，末端槽底高程1085.20m，宽8.00m，泄槽段底宽渐变为6.00m。该布置型式较正槽布置型式底宽缩小，极大地减小了开挖工程量，节省投资。

经溢洪道泄流能力计算和水库调洪计算，无闸控制侧槽溢洪道方案1000年一遇校核洪水位1092.85m，下泄流量212.32m3/s；50年一遇设计洪水位1091.85m，下泄流量111.68m3/s。该方案较正槽溢洪道可大幅减少开挖工程量，节省投资，因此，无闸控制溢洪道采用侧槽溢洪道布置型式。

根据坝顶超高计算，校核水位工况控制坝高，该工况坝顶超高为1.88m，坝顶上游侧设防浪墙，则墙顶高程为1094.73m，设计防浪墙高度取1.20m，计算坝顶高程为1093.53m，取设计坝顶高程为1094.00m。

2.2.2 方案二:有闸控制溢洪道

有闸控制溢洪道可减小溢洪道宽度，有利于降低洪水位，削减经溢洪道下泄的洪峰流量，降低大坝高度，节省坝体投资。

有闸控制溢洪道方案，采用正槽布置，闸底板顶高程为1086.00m，正常蓄水位1090.00m，选用平板闸门控制，堰型采用宽顶堰。设计闸室净宽10m，设2孔闸，闸宽5.00m，闸室高6.80m，采用平面钢闸门，双吊点卷扬启闭机控制。闸后泄槽前段底宽11.50m，陡槽段底宽渐变为6.00m。

根据溢洪道泄流能力计算和水库调洪演算，该方案1000年一遇校核洪水位1091.68m，下泄流量89m3/s；50年一遇设计洪水位1090.37m，下泄流量148.39m3/s。根据坝顶超高计算，校核水位工况控制坝高，该工况坝顶超高为1.88m，坝顶上游侧设防浪墙，则墙顶高程为1093.56m，设计防浪墙高度取1.20m，计算坝顶高程为1092.36m，设计坝顶取为1092.80m。

综合溢洪道控制型式，从大坝增加投资+溢洪道+金结三项工程投资综合比较结果看出，方案一工程投资较方案二多236.50万元。

方案一（无闸控制），虽然投资较方案二稍多，但不设控制设施，洪水可及时下泄，运用型式简单，运行管理方便，维修养护容易。

方案二（有闸控制），降低坝顶高程，减少坝体投资，但采用闸门控制，运行控制较复杂，汛期调度繁琐，同时由于增加了金属结构及机电设备，导致后期管理、运行及维护工作量加大，而且降低投资有限，并增加一定运行费。

由于水库位于山区，综合考虑水库运行控制、后期维护及工程投资等因素，本阶段推荐采用无闸控制溢洪道，溢洪道采用实用堰侧槽布置。

2.3 消能方式的比选

消能防冲型式的选择遵循消能充分，流态良好并与下游水位衔接平顺、对河床及两岸冲刷小、工程量节省并有利于检修的原则。结合本工程地质、地形条件，比较了底流和挑流两种消能形式。

2.3.1 方案一:底流消能

在紧接泄水建筑物的下游修建消能池，使水跃在池内形成，借水跃实现急流向下游河道中缓流的衔接过渡，并利用水跃消除余能。底流消能的优点是消能比较充分、平稳，对下游水面的波动影响范围较小；缺点是这种消能方式一般开挖量比较大，施工时间比较长，材料用量多，工程投资相对比较高。经核算，采用底流消能方式时，下泄30年一遇洪水时，跃后水深6m，水跃长40m；下泄校核洪水时，跃后水深7.50m，水跃长80m，下游河道水深约3.90m，下游水位较低，需要修建巨大的消力池壅高下游水位。

2.3.2 方案二:挑流消能

挑流消能的优点是工程结构简单，不需要修建大量的河床防护工程，对具有一定水头的泄水建筑物，多采用此种消能工。经过分析计算，优化挑流鼻坎位置及挑角，在校核洪水频率以下各级流量泄流时，挑射水流不会对两侧岸坡及临近建筑物及泄水建筑物本身造成冲刷，挑流消能对下游影响较小。仅下泄校核洪水流量时，射流落水点较远，横向宽度较大，因此可能对右岸山坡突出部分构成影响，但这种工况几率很小。综上分析，采用挑流消能方式工程投资节约、对建筑物及岸坡影响很小，该工程布置挑流消能设施是合适的。

溢洪道如果采用底流消能形式，需修建巨大的消力池，工程量巨大，非常不经济。因此，经过综合比较选择挑流消能方式，在布置溢洪道泄槽时，尽量减小下泄水流的入河角度，合理设置挑流鼻坎的位置，确保尽量将下泄水流挑入河道内，避免下泄水流对河道岸坡的冲刷。