水电站弃渣场防洪排水设计

2016-03-10石亮亮

东北水利水电 2016年11期

关键词：渣场消力池防洪

朱辉，石亮亮

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

水电站弃渣场防洪排水设计

朱辉，石亮亮

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

黄草沟渣场防洪排水系统于2011年汛前施工完成，已经经过5个汛期考验，实际运行效果良好。文中对蒲石河抽水蓄能电站黄草沟渣场防洪排水系统设计标准的选择、排水系统的布置、排水建筑物的具体结构设计进行了介绍，可以为其他工程弃渣场防洪排水设计提供参考与借鉴。

设计标准；排水系统布置；排水建筑物

1 工程概况

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸县长甸镇和鼓楼乡境内的鸭绿江支流蒲石河下游河段上，距丹东市约60 km。电站为一等大（1）型工程，主要由下水库及下水库泄洪排沙闸坝、上水库及上水库钢筋混凝土面板堆石坝、上下水库进出水口、地下厂房洞室系统、地下输水洞室系统及地面开关站等建筑物组成。

2 黄草沟弃渣场概况

黄草沟弃渣场位于对外交通隧道洞口（黄草沟侧）至厂房通风洞进口之间的天然沟（黄草沟）内，黄草沟沟内上游布置有永久对外交通公路交通隧道的洞口（黄草沟侧），洞口附近右岸布置至开关站的公路；左岸是通往厂房交通洞、通风洞的公路;在沟口设有黄草沟拦沙坝和黄草沟泄洪排砂洞;黄草沟下游右岸、拦砂坝下游设有下水库进出水口；右岸中部80 m、95 m高程布置有地下厂房交通洞口、通风洞口及82 m高程的厂前区。

黄草沟弃渣场占地面积约8.75×104m2，规划总弃渣容量为193.11×104m3。其左侧为进厂永久公路，该弃渣场主要负责堆存上水库库岸、Ⅱ石料场覆盖层及大坝坝基开挖的废弃土石料。该渣场实际堆存渣量约120.0×104m3左右，最大堆渣高度为45 m。

3 弃渣场防洪标准的选择

黄草沟弃渣场实际弃渣量为120.0万m3左右，最大堆渣高度为45 m。因此，根据（DL/T 5419－2009）《水电建设项目水土保持方案技术规范》中附录D，中关于渣场防洪特性设计要素的分类中的规定，黄草沟渣场为大型弃渣场；其防洪设计标准按照规范中的规定，应为P=5%～2%（即20～50年重现期）。

蒲石河流域地处半湿润季节气候区，冬季寒冷降水量很少，夏季炎热多雨。据气象资料统计，流域内年降水量1 100～1 200 mm，多集中在7，8月份。洪水主要为暴雨形成的径流，具有历时短、瞬时流量大的特点。同时黄草沟渣场位于黄草沟主沟中部，黄草沟为蒲石河一级支流，相应的设计洪水峰值较大。弃渣场容量为120.0万m3，一旦渣场失事后，造成的泥石流、水土流失等会对下游厂房通风洞道路、交通洞及泄洪排沙洞进口产生一定影响和危害，从而会危及地下厂房的防洪安全。

因此，设计确定黄草沟渣场的防洪设计标准为：P=2%（即50年重现期），设计流量Q=85.9m3/s，同时确定黄草沟弃渣场防洪排水建筑物的设计等级为4级，并按照此标准和建筑物等级进行防洪排水系统的设计工作。

4 弃渣场防洪排水建筑物设计

4.1 防洪排水建筑物布置

黄草沟弃渣场排水系统总体上分为左、右两侧布置，具体布置情况为：

4．1．1 左岸排水系统

左侧排水系统起点位于黄草沟左侧，紧邻厂房交通洞（通风洞）段公路路基，自上而下依次布置有1号排水渠→2号排水渠→厂房交通洞公路HD 2涵洞出口→3号～7号排水渠→厂房交通洞公路HD 3涵洞出口→8号、9号排水渠→左侧1号跌水→10号、11号排水渠→陡坡急流槽→消力池→下游排水渠。

4．1．2 系统的起点位于至开关站公路的HD 2涵洞出口处，位于黄草沟右侧，自上而下依次布置有1号排水渠→右侧1号跌水→2号排水渠（右侧开关站公路HD3的排水渠）→右侧2号跌水→3号排水渠→陡坡急流槽→消力池→下游排水渠。

4．1．3 渣场顶部及右侧开关站公路HD 3的排水布置

在其渣场顶部平台按照构造要求布置4条截排水沟，在渣场右侧至开关站公路的HD 3涵洞出口至右侧排水系统之间，设置一排水渠，保证上游冲沟的排水进入右侧排水系统。

4.2 防洪排水建筑物设计

防洪排水建筑物具体包括：左（右）侧排水渠、左（右）侧跌水、左（右）侧陡坡急流槽和消力池。

4．2．1 左侧排水渠设计

根据左侧排水系统的布置，考虑不同部位的设计流量、排水渠的底坡、断面型式等因素，同时也考虑左侧至厂房交通洞（通风洞）公路涵洞出口与排水系统相交汇的位置，将左侧排水系统自上而下布置有1～11号，共计11段排水渠。考虑左侧的排水渠与公路涵洞排水的衔接顺畅，不影响公路排水安全，以及左侧排水起点处现有的排水出口底高程等因素，左侧排水渠未采用钢筋混凝土浅宽式梯形断面渠道，底坡为0.9%～7%，渠道底宽3～4 m，渠道内最大过流量为47.5 m/s。

4．2．2 左侧跌水设计

根据排水系统布置，结合实际地形条件和周边现有建筑物的布置情况，为有效降低排水明渠内的水流流速，并且使得排水系统更加适合现有地形坡度，减少工程量，从而节约投资，在9号、10号排水渠之间设置了一处多级跌水，跌水的设计流量为42 m3/s，共分为四级。

左侧跌水由进口过渡段、多级跌水消能段、出口过渡段组成，其中多级跌水消能段共分四级消能，跌差为3.0 m和2.0 m，各级跌水长度均为16.0 m，每级跌水尾坎高度均为1.50 m，尾坎顺水流方向宽度为2.50 m。跌水消能段采用钢筋混凝土U型槽结构，混凝土强度等级为C20F200。

4．2．3 左侧陡坡急流槽及消力池

为保证排水顺畅下泄，在渣场平台末端设置陡坡急流槽，将水流从渣场末端平台（126.00～128.00 m）平顺连接至下游沟底（高程为96.87m），后接底流消能的消力池，设计排水流量为49.5m3/s。

1）陡坡急流槽。陡槽溢洪道结构从上游至下游为：进口段、陡槽段、出口扩散段，总长125.97 m，陡槽底坡为1∶3.12。其中进口段顺水流方向长8.0m，底高程为134.74 m，与上游10号排水渠末端相连接；陡槽段底宽为3.50 m，上、下游端部各设高度0.50 m，底宽0.50 m的齿墙。陡槽段按12.0 m长度划分为一标准段，圆弧段单独成段；出口扩散段为钢筋混凝土U型槽结构，长度为19.98 m，底板厚度为0.50 m，边墙顶宽0.30 m，底宽0.50 m，上、下游端部各设高度0.50 m，底宽0.50 m的齿墙。

2）消力池。消力池为钢筋混凝土U型槽结构，底宽为4.0 m，消力池末端与右侧消力池排水渠汇合，进入下游排水渠。

4．2．4 右侧排水渠设计

根据右侧排水系统的规划布置方案，考虑不同部位的设计流量、排水渠的底坡、断面型式等因素，将右侧排水系统自上而下布置有1～3号，共计3段排水渠。

综合实际地形和排水渠工程规模、设计过流量以及水力计算成果等因素，右侧排水渠钢筋混凝土结构矩形断面，底坡为4.4%～5.4%，渠道底宽3～4 m，渠道内最大过流量为35 m/s。。

4．2．5 右侧跌水设计

根据排水系统布置，结合实际地形条件和周边现有建筑物的布置情况，为有效降低排水明渠内的水流流速，并且使得排水系统更加适合现有地形坡度，减少工程量，在排水渠1号、2号之间，2号、3号之间各设置了一处多级跌水，自上而下依次为右侧1跌水、右侧2跌水。

1号和2号跌水均由进口过渡段、多级跌水消能段、出口过渡段组成，跌水消能段分别为分为三级和四级消能，各级跌差均为3.0 m，各级跌水长度分别为11 m和15 m，每级跌水尾坎高度分别为1.2 m和1.5 m，尾坎顺水流方向宽度为1.80 m和2.5 m。跌水消能段均采用钢筋混凝土U型槽结构，混凝土强度等级为C20F200，U型槽底宽分别为3.0 m和4.0 m，边墙高程分别为3.0～6.0 m和4～7 m，底板厚均为1.0 m。

4．2．6 右侧陡坡急流槽及消力池

为保证排水顺畅下泄，在渣场平台未端设置陡坡急流槽，将水流从渣场末端平台（128.00～131.00 m）平顺连接至下游沟底（高程为97.07 m），后接底流消能的消力池，设计排水流量为36.4 m3/s。

1）陡坡急流槽。陡槽溢洪道结构从上游至下游为：进口段、陡槽段、出口扩散段，总长128.0 m（含一半径为30m的圆弧段），陡槽底坡为1∶3.58。其中进口段顺水流方向长8.0 m，底高程为130.58 m，与上游3排水渠末端底高程一致，进口段采用断面结构型式同3号排水渠；陡槽段按12.0 m长度划分为一标准段，圆弧段单独成段。陡槽底宽为3.0 m，为钢筋混凝土U型槽结构，上、下游端部各设高度0.50 m，底宽0.50 m的齿墙；出口扩散段为钢筋混凝土U型槽结构，长度21.64 m，底宽为3.0m渐变至5.5m，上、下游端部各设高度0.50m，底宽0.50 m的齿墙。

2）消力池。消力池为钢筋混凝土U型槽结构，底宽为7.0 m，底板厚度为0.80 m。边墙高3.2 m，边墙顶宽0.30 m，底宽0.80 m，消力池深1.0 m。消力池出口与矩形断面排水渠相接。该排水渠为钢筋混凝土U型槽结构，底宽为4.0 m。左、右两侧消力池在排水渠汇合水流进入下游排水渠。

4．2．7 下游排水渠

左、右侧洪水经各自下游消力池消能后汇合，进入下游排水渠经过厂前区，通过排沙洞，最终排入蒲石河。下游排水渠梯形断面，底宽6.0 m，边坡为1∶1.5，采用格宾石笼防护型式。