喀麦隆曼维莱水电站辅助溢洪道布置设计

穆全平 王朝江 王立群 林德金

喀麦隆曼维莱水电站辅助溢洪道布置设计

穆全平 王朝江 王立群 林德金

曼维莱水电站工程位于喀麦隆南部大区恩特姆流域原始森林地区，工程总库容为1.3亿m3，电站总装机容量为211 MW。根据枢纽汛期泄洪排沙的要求及水库运行方式，本工程初步设置了两个溢洪道：主溢洪道和辅助溢洪道。其中主溢洪道与冲沙闸结合在一起布置，位于左岸主河槽，辅助溢洪道布置在右岸主河槽。重点介绍了辅助溢洪道布置设计，为其他水利枢纽工程提供参考。

辅助溢洪道 布置 水力计算

辅助溢洪道由上游连接段、控制段、下游连接段等部分组成，上、下游总长105.0 m。辅助溢洪道上、下游左、右侧均以半重力式翼墙与土坝连接，辅助溢洪道控制段顶部设有公路桥与土坝坝顶连接，形成贯穿坝顶的交通。辅助溢洪道部位原地面高程372.0～384.0 m，建基面高程为378.8～380.0 m，位于弱风化-微新花岗片麻岩上，设计建基面以下非完整岩石部分要求挖除后换填毛石混凝土。

1 设计要求

1.1 洪水特征

本工程水库正常蓄水位、设计洪水位及校核洪水位均为392.00 m，最低运行水位391.50 m。泄水建筑物按照10 000年一遇洪水设计，相应洪峰流量为3 450 m3/s；按照10 000年一遇洪水加大30%校核，相应洪峰流量为4 485 m3/s。

1.2 布置原则

辅助溢洪道布置在右岸主河槽上，其功用：第一，在一般洪水条件下，当水库来流量超过电站发电引用流量时，多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄，保证有一个相对稳定的库水位，以尽量避免因频繁开启泄洪冲沙闸或者主溢洪道的闸门而带来的运行操作上的不便或者因闸门操作失误带来的危险；第二，在水库遇到超标洪水的极端情况下，可以作为洪水的下泄通道，从而成为确保土坝安全的又一道安全防线和储备；第三，通过参与水库多余弃水下泄或者泄洪，可以避免坝址下游现状河道右岸主河槽出现彻底断流现象。

1.3 运用要求

泄水建筑物的运用要求为：

(1)在正常运行条件下的任何泄洪工况，水库洪水全部由主溢洪道和辅助溢洪道宣泄。

(2)当电站4台机组突然甩全部负荷，主溢洪道及泄洪冲沙闸6孔闸门全部不能正常开启的情况下，水库最高水位允许壅高至393.80 m，辅助溢洪道应至少下泄450 m3/s。

(3)当恩特姆河遭遇1年一遇洪水情况下(883 m3/s)，4台机组正常运行(发电引用流量为450 m3/s)，主溢洪道及泄洪冲沙闸6孔闸门全部不能正常开启，水库最高水位允许壅高至393.80 m，辅助溢洪道应至少下泄450 m3/s。

(4)在主溢洪道消力池检修期间，辅助溢洪道需将堰顶局部拆除，入库洪水由辅助溢洪道下泄。

2 辅助溢洪道布置和结构设计

2.1 控制段结构布置

辅助溢洪道共8孔，孔口净宽均为11.0 m，均为开敞式布置，溢流堰堰顶高程为392.0 m，与水库正常蓄水位齐平，顶高程与土坝坝顶高程同为395.0 m。控制段上、下游方向长19.0 m，沿坝轴线方向顶部宽106.0 m，控制段建基面高程375.5～378.0 m。

溢流堰前沿与公路桥桥墩前沿齐平，堰面沿水流方向由进口椭圆弧段、堰面曲线段、1∶1斜坡连接段、半径为5.0 m的圆弧反弧段和水平段组成。辅助溢洪道顶部布置有公路桥桥梁。

在消力池检修期间，入库洪水由辅助溢洪道下泄。辅助溢洪道为开敞式(无闸门)，溢流堰顶高程与水库正常蓄水位相同，为392.0 m。主溢洪道闸门顶高程392.8 m，为使主溢洪道消力池检修期间库水不翻过闸门顶，低于枯水期10年一遇月平均入库洪水需由辅助溢洪道下泄，并使库水位控制在392.5 m以下。为此，辅助溢洪道顶部需局部拆除，经计算拆除高度为1.0 m，拆除底高程391.0 m。检修完成后需恢复至原高程，因此，堰顶需设计成易拆除、易恢复的结构。

辅助溢洪道结构示意图见图1。

图1 辅助溢洪道结构示意图

2.2 下游连接段布置

根据下游连接段的布置，在溢流堰末端圆弧反弧段接一水平段，水平段长14.50 m，水平段底板设孔径为15 cm的排水孔，间排距为1.5 m，梅花形布置，水平段末段设端槛，端槛顶宽1.0 m，与水平段底板连成一体，槛顶高程为381.5 m。

端槛下游设厚为0.8 m的钢筋混凝土护坦，护坦总长33.0 m，平面总宽度为102.0 mm，护坦底高程为380.0 m。护坦下游设浆砌石护底斜坡段与现状河床平顺连接，末端设深2.2 m的防冲槽，护坦左、右两侧分别与下游侧两边翼墙连接。

2.3 上、下游翼墙布置

辅助溢洪道左、右侧沿着土坝上、下游坝坡分别设置翼墙挡土，两边在平面上对称布置。上、下游翼墙均采用重力式混凝土挡土墙，平面成直线及圆弧形布置。

上游翼墙顺水流向长38.5 m，翼墙顶高程由395.0 m沿坝坡降低墙顶高程至385.0 m形成平顶，在距离溢流前缘25 m处翼墙以半径为15.0 m的圆弧折转，由顺水流向改为与坝轴线平行。

下游翼墙顺水流向长47.5 m，翼墙顺土坝降低墙顶高程至387.0 m形成平顶，下游翼墙自斜坡段末端翼墙以半径为13.5 m的圆弧折转，由顺水流向改为与坝轴线平行。

2.4 结构分缝止水

辅助溢洪道采用中部分缝方式。结构分缝处均设置两道水平止水，上层为铜止水，下层为橡胶止水带。下游消力池及护坦两侧与下游翼墙连接。消力池、护坦纵、横向伸缩缝宽度2 cm，缝间设填缝材料。

3 辅助溢洪道水力学设计

3.1 辅助溢洪道泄流能力计算

辅助溢洪道采用WES实用堰，其泄流能力可按下式计算：

式中Q——流量，m3/s；

c——上游堰坡影响系数，c=1.0；

m——流量系数；

ε——闸墩侧收缩系数；

σs——淹没系数,σs=1；

B——溢流堰总净宽，m；

H0——计入行近流速水头的堰上总水头。

不同水库水位条件下辅助溢洪道计算结果见表1，泄流曲线见图2。

表1 辅助溢洪道泄流量

图2 辅助溢洪道泄流曲线

3.2 消能防冲计算

消力池消能方式采用底流消能，设置消力池，消力池末段设端槛，端槛下游设钢筋混凝土护坦，护坦下游设浆砌石护底斜坡段与现状河床平顺连接。根据辅助溢洪道过流能力计算结果，辅助溢洪道过流能力有限，堰上水位达到1.8 m时的过流能力约为450 m3/s，此极端情况下辅助溢洪道下游消力池的单宽流量也只有4.4 m3/(s·m)。因此，辅助溢洪道正常运行条件下的泄流能力有限，此消力池布置方式足以满足运行要求。

4 结 语

(1)通过综合分析可以看出，辅助溢洪道布置是可行的。

(2)辅助溢洪道的布置既满足了一般洪水条件下，当水库来流量超过电站发电引用流量时，多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄，也满足了对于国外咨询工程师提出的泄水建筑物消力池检修要求，通过巧妙的对其他建筑物进行适当的改造处理，将堰顶局部拆除，关闭主溢洪道闸门，上游来水全部由辅助溢洪道下泄，从而保证了各工况下枢纽安全泄洪。不仅节约了工程投资，还加快了工程施工进度，对于类似工程的设计具有较大的参考价值。

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1007-6980(2017)03-0025-03

穆全平 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

王朝江 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

王立群 男 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

林德金 男 教授级高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

2017-07-06)