水库溢洪道改造工程方案设计简述

■安普太

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西 太原030024）

水库溢洪道改造工程方案设计简述

■安普太

（山西省水利水电勘测设计研究院 山西 太原030024）

建设左权城乡水源保护和环境改善示范工程项目，示范项目主要涉及清漳河源头水源保护、清漳河河道综合治理、供水系统和水污染控制、水源管理改善和机构能力建设多方面内容。本项目通过完善溢洪道控制闸工程，并局部调整水库运行方式，可在水库不降低原防洪、发电、养殖、供水等任务下，增加水库年供水量。本文对溢洪道布置方式、堰型确定等方面进行必选确定方案。

石匣水库溢洪道方案比选

1 工程概况

左权县石匣水库位于海河流域南运河水系清漳西源中游，地处左权县城西北约9km的石匣村北。水库始建于1959年11月，1960年拦洪蓄水运行，是一座以防洪为主兼顾农业灌溉和工业供水、发电、养殖的中型水库。枢纽工程包括：主坝、副坝、开敞式溢洪道、输水洞、导流洞和电站。2016年5月《石匣水库调整汛限水位专题研究设计报告》审查批复结论为将现状汛限水位由1139.5m提高至1142.5m，需进行泄洪设施完善。

2 溢洪道布置方案比选

现状溢洪道布置在大坝左岸，为正槽溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段组成，溢洪道全长255.1m。控制段为宽顶堰，位于大坝左岸交通拱桥下游17m处。堰顶高程（橡胶坝底高程）1139.50m，堰顶宽20.0m，堰上布置1座橡胶坝，橡胶坝顶高程1142.5m。控制段后为纵坡1/500的泄槽段，长度165.5m，末端设消能段，长度为23.6m，采用挑流式消能工。除控制段高程1143.50m以下为矩形断面以外，其余部分为梯形断面，底宽17m，边坡1:0.3，高程1146.80m以下为钢筋混凝土衬砌结构，以上为浆砌石衬砌。

依据《石匣水库调整汛限水位专题研究设计报告》及批复文件，水库特征水位改变后，现状溢洪道进口橡胶坝一方面无法满足水库正常运行要求，另一方面现状橡胶坝又存在局部破损老化、运行不方便、无法检修等因素，因此本次设计拆除橡胶坝，新建溢洪道进口控制闸室。

根据现状溢洪道地形条件及进口建筑物布置情况，本次设计控制段可布置在溢洪道进口处交通桥上游也可以在现有橡胶坝位置。交通拱桥位于桩号Y0+016.0，若设计控制段闸室布置在进口处交通桥上游时（桩号Y0+000.0），存在以下不利影响：

（1）距离交通桥太近，设计闸室与现状交通桥发生干扰，需拆除现有交通桥并重新修建，且在施工过程还需搭建通往大坝的临时交通桥，造成投资加大；

（2）闸基防渗与主坝帷幕灌浆难以封闭，现有主坝帷幕灌浆位于（桩号Y0+028.0）闸室下游，闸室扬压力不能降低，对闸室稳定不利，同时还可能存在绕坝渗流问题；

（3）从地质方面，越靠近库区基岩面越低，基础处理深度增加，费用增大。

综合以上因素，溢洪道控制段闸室本次设计仍布置在现有橡胶坝位置，即将现有橡胶坝拆除，就地新建控制闸室，布置8.0m宽2孔闸门，闸室上游设平板事故检修钢闸门、下游设弧形工作钢闸门，闸室上部布置检修平台和启闭机室。

（4）工程投资比较：新建闸室布置在上游方案和现橡胶坝位置重建闸室方案工程综合项目及投资比较可知，现橡胶坝位置重建闸室方案比上游方案投资节省约108万元。

该工程溢洪道控制闸方案位置比选综合以上因素，推荐在现橡胶坝位置重建闸室方案。

3 建筑物选型

3.1 溢洪道堰型确定

溢洪道控制段堰型可选用开敞式或带胸墙孔口式的实用堰、宽顶堰、驼峰堰等型式。从水库运行和溢洪道现状条件分析，溢洪道现状控制段为宽顶堰，堰顶高程1139.5m，水库汛限水位调整后，正常蓄水位和汛限水位均为1142.5m，另外，水库有防洪任务，20年一遇洪水需要限泄，因此需要设闸门控制水库水位。在堰顶高程相同的前提下，实用堰和驼峰堰较宽顶堰泄流能力大，但开挖及填筑工程量较大，施工放线相对复杂。经洪水调节计算，现状溢洪道泄流能力可满足水库防洪要求，采用宽顶堰方便与现状溢洪道衔接，工程量小，施工简便，投资最省；另外考虑到溢洪道闸门拦挡的最高水位为防洪高水位，挡水高度不大，因此溢洪道控制段采用开敞式宽顶堰。

3.2 溢洪道控制闸型式确定

溢洪道控制闸门型式主要有平板钢闸门、弧形钢闸门、橡胶坝、钢坝闸等。橡胶坝存在安全性、可靠性差，长期暴露在室外宜老化，泄洪时容易被树枝等尖锐漂浮物划伤破坏，使用寿命短等缺点；钢坝闸虽然能克服橡胶坝的这些特点，但是钢坝闸运行操作靠布置在闸室一侧的液压传统设备通过底部转动轴来实现关闭，设计需在一侧布置较大的启闭机室，需要一套液压系统，工程开挖量大，液压系统宜出故障，任何一侧都不具备布置启闭室的条件。所以，本项目主要从平板钢闸门和弧形钢闸门进行比较。

（1）建筑物布置：为了使泄洪时水流顺畅，避免控制段两侧大量开挖，布置2孔闸室较为适宜，弧形闸门和平板闸门在布置条件上相当，但平板闸门比弧形闸门方案上部排架高度高，所以采用弧形闸门方案较为优越。

（2）泄流能力：根据建筑物布置条件可知，闸孔尺寸为2×8m，两方案闸孔尺寸相同，仅闸门型式不同，流量系数有点不同，但是相差不大。根据计算成果可以看出，当满足下游防洪要求进行限泄时，平板闸门方案比弧形闸门开度大；当水位超过讯限水位，闸门全开时候，平板闸门方案与弧形闸门方案均可满足泄洪要求，两方案泄流能力无明显区别。

（3）运行管理：平面闸门具有结构简单，闸门制作、安装、管理、维护简单易行的特点，但平面闸门方案也存在一些不利因素：①平面闸门在运行过程中存在小开度时闸门容易发生振动问题；②坝顶需设置较高的启闭平台，不便于启闭机的维护管理，工程量偏大；③泄洪时因有门槽导致水流条件较差，高速水流易引起闸墩门槽处混凝土空蚀空化问题。弧形闸门恰可避免平面闸门上述不利的因素。另外，弧形闸门适宜大孔口溢流，有利于闸门的灵活调度运用，更能提高溢流坝泄洪设备的运行可靠性。弧形闸门方案主要缺点是弧形闸门支铰较低，泄大洪水时，弧形闸门支铰易受到水流及漂浮物的冲击。但考虑“山西左权城乡水源保护和环境改善示范项目”中对水库上游同时进行水源涵养保护工程，该项目完成后，坝址以上河段漂浮物将大大减少，支铰承受短时间的水流冲击，对其正常使用的影响甚小，设计将支铰布置在1145.5m高程处（略低于闸下20年一遇防洪高水位1146.29m），即可避免常遇洪水水流及漂浮物对支铰的冲击影响，故从运行管理条件看，弧形闸门方案较优。

（4）启闭设备：平板闸门设计通常采用滑动和滚动轮支撑，弧形闸门采用支臂同门叶相连，支铰转动为滚动形式，平板闸门计算启门力较弧形闸门偏大，选用启闭机容量也偏大，投资也大。

（5）工程综合项目及投资比较：平板闸门方案和弧形闸门方案工程综合项目及投资估算比较可知，弧形闸门方案比平板闸门方案节省约105万元。

通过以上分析，该工程溢洪道控制闸型式采用弧形闸门方案从平面布置、泄流条件、运行管理、维护检修及工程投资等方面均优越与平板闸门方案，故推荐采用弧形闸门方案。

TV[文献码]B

1000-405X（2016）-12-440-1

安普太（1983～），男，2006年毕业于河海大学农业水利工程专业，工程师。