双峰寺水库枢纽布置方案设计

杨丽君

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

1 工程概况

双峰寺水库位于滦河一级支流武烈河干流上，坝址位于承德市双峰寺镇小庙子村附近，距下游承德市区12km，是一座以防洪为主，结合城市供水，兼顾发电和生态环境供水等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库总库容1.373亿m3，控制流域面积2303km2，枢纽建筑物主要包括拦河坝和电站。拦河坝为碾压混凝土重力坝，由非溢流坝段、溢流坝段、底孔坝段和电站坝段组成，坝顶宽7.0～18.5m，坝顶全长533m，最大坝高50.1m。溢流坝总净宽81m，分为9孔，单孔净宽9m；泄洪底孔共4孔，单孔孔口尺寸5m×5m；电站为坝后式，装机容量1580kW，最大引水流量10.86m3/s。考虑电站不发电期间要向下游河道引水，在电站坝段布置一条生态放水洞。

2 枢纽布置原则

双峰寺水库坝址区为低山宽谷河流地貌，坝址处河床宽400m，地面高程365～367m，河道主槽位于右岸侧。河床左、右两岸分别布置有承围公路和承隆铁路，其中左岸地势平缓，地面开阔。

本工程是武烈河干流唯一的控制性工程，其建筑物主要包括挡水建筑物、泄水建筑物、电站厂房等。根据工程任务，枢纽布置遵循以下原则：

（1）枢纽布置服从武烈河流域总体防洪规划，满足枢纽综合利用要求。

（2）泄水建筑物优先布置于主河床，在各种水位条件下应能宣泄不同流量。

（3）电站厂房布置应方便交通运输及电力出线。

（4）在充分利用地形、地质、河势等自然条件下，结合分期导流优选各主要水工建筑物的布置位置。

（5）为减少水库淤积，延长水库使用寿命，泄水建筑物设计应有利于水库减淤。

（6）各建筑物的布置应相互协调、互不干扰，便于运行安全、统一调度、管理方便。

3 方案拟定

本工程以防洪为主，水库设计和校核洪峰流量分别为3200m3/s和6602m3/s，坝址处河段较顺直，根据上述原则枢纽布置中将泄水建筑物布置于主河床，既有利于施工及运行期洪水宣泄及减少对下游河势影响，也方便其他建筑物的布置；同时为减少电站进水口的泥沙淤积，将泄洪底孔紧邻电站坝段布置。

在挡水、泄水建筑物规模及消能型式等不变的前提下，拟定2个枢纽布置方案。

3.1 右岸主河槽布置溢流表孔（方案1）

为避免下泄水流淘刷岸坡和其他建筑物的基础，将溢流坝段布置在现河道主河槽位置，电站坝段布置在河床左侧。综合考虑施工导流、泄洪和排沙的要求，底孔坝段布置在电站坝段右侧，与电站坝段毗邻。溢流坝段和电站坝段与两岸的连接布置非溢流坝段。考虑到溢流坝挑流冲坑对底孔消力池边墙的影响，底孔坝段与溢流坝段之间增加1个河床非溢流坝段。

3.2 右岸主河槽布置泄洪底孔（方案2）

由于武烈河泥沙含量大，为便于排沙，将泄洪底孔优先布置在右岸主河槽，电站坝段及电站厂区布置在右岸，溢流表孔布置在泄洪底孔左侧，中间相隔1个河床非溢流坝段，两岸布置非溢流坝段，即该枢纽布置方案从左至右依次布置左岸非溢流坝段、溢流坝段、河床非溢流坝段、底孔坝段、电站坝段（坝后式电站厂房）和右岸非溢流坝段。

4 枢纽布置方案确定

根据枢纽布置，从工程投资、地形地质条件、工程施工、工程管理、下游防护处理、泄洪排沙及旅游和土地开发等方面进行比选，最终确定合理的枢纽布置。

4.1 工程投资

上述2个枢纽布置方案中拦河坝、电站和永久交通的主要工程量及建筑工程直接费比较如表1。

表1 不同枢纽布置方案建筑工程量及直接费比较

由表1可见，建筑工程直接费方案1为32608.51万元，方案2为32369.96万元，两方案建筑工程直接费投资相差不大，方案2较方案1节省投资240万元。

4.2 地形地质条件

方案1：坝址右岸山势陡峭，左岸地势平缓、开阔，且有承围公路通过，便于布置电站厂房和管理办公区；右侧主河床可布置泄洪建筑物。

方案2：电站厂房布置在右岸，泄洪底孔与电站相邻，造成溢流坝布置已靠近左岸侧，对泄洪和下游防冲均不利。

从地形地质条件看，方案1布置更为有利。

4.3 施工导流

方案1：采用分期导流，一期工程施工围堰围左岸，利用主河槽过流；二期工程围右岸，利用底孔过流；左岸承围公路需在准备期改线完成。

方案2：采用分期导流，一期工程施工围堰需截断主河槽，利用左岸滩地过流；一期工程度汛河道束窄，左岸承围公路将被淹没。因此左岸公路、右岸铁路和坝下交通桥均须在施工准备期完成。

从施工导流看，方案2施工准备期工作量较大，且一期围堰需截断主河槽，导致围堰高度及其防渗处理难度均增大。

4.4 下游防护

方案1：溢流坝泄洪时，左、右岸导流防护设施分别为底孔消力池边墙和右岸山体，下游防冲处理措施简单、可靠。

方案2：溢流坝泄洪时，右岸导流防护设施为底孔消力池左边墙，但左岸为土质山体和覆盖层，抗冲能力差，下游防冲处理措施较为复杂。

方案1下游防冲处理措施较为简单、可靠，优于方案2。

4.5 工程管理

方案1：电站厂房、管理局均布置原承围公路一侧，交通便利；不常运用的溢流坝布置右侧，而经常利用的底孔和引水建筑进口均布置在坝顶左侧，便于由管理局通过左岸上坝公路上坝进行集中管理。

方案2：电站厂房布置在山势陡峭的右岸侧，厂房开挖后右侧山体需进行支护处理，进厂交通也不便，且厂房位于山体背阴侧，对节能不利。

方案1便于工程管理运用，同时溢流坝下游防冲维护也较为简单。

4.6 泄洪排沙

方案1：超泄能力大的溢流坝布置在主河槽处，利于大流量泄洪；底孔布置偏左，排沙条件稍差。

方案2：泄洪底孔布置在主河槽位置，利于排沙；溢流坝布置偏左，遇大洪水泄洪时水流条件稍差。

从水库排沙方面看，方案2略占优势。

4.7 旅游和土地开发

方案1：溢流坝布置主河槽处，其右岸地势较陡，因此河道右岸以防护为主；左岸地势平缓，在修建防护堤后，对原承围公路与防护堤之间区域可充分进行旅游、土地开发，发挥综合效益。

方案2：溢流坝布置在左侧，受泄洪影响，左岸无法进行旅游和土地资源开发；而右岸为河道主河槽，地势又陡，亦难以开发旅游、土地资源。

方案1功能划分明确，右岸主河槽行洪，左岸综合开发，优于方案2。

4.8 综合分析

综上所述，在地形地质条件、施工导流、工程管理、下游防护、旅游和土地资源开发等方面均以方案1占优，而在水库排沙和工程投资方面方案2略占优势。经综合分析比较，采用方案1为枢纽布置推荐方案，即推荐的枢纽布置方案从左至右依次布置左岸非溢流坝段、电站坝段及坝后式电站厂房、底孔坝段、河床非溢流坝段、溢流坝段和右岸非溢流坝段。推荐方案枢纽布置如图1。

图1 双峰寺水库枢纽布置

5 结语

重力坝的设计要求做到安全可靠、技术先进、方便适用，经济合理、环境友好。双峰寺水库重力坝设计首先根据工程的任务和枢纽的功能要求，确定了挡水建筑物、溢流坝、泄水底孔、电站厂房、生态放水洞等建筑物，根据建筑物的组成，考虑工程投资、地形地质条件、工程施工、工程管理、下游防护处理、泄洪排沙及旅游和土地开发等方面，最终确定了合理的枢纽布置。

［1］索丽生，刘宁.水工设计手册［K］.北京：中国水利水电出版社，2011.

［2］陈诚，温国利.重力坝设计与施工［M］.北京：水力水电出版社，2011.

［3］SL31—2005，混凝土重力坝设计规范［S］.

［4］周建平.重力坝设计二十年［M］.北京：中国水利水电出版社，2011.

［5］河北省水利水电勘测设计研究院.双峰寺水库初步设计报告［R］.2012.