盤縣白河溝水利工程溢洪道設計

□婁作興（貴州省水利水電勘測設計研究院）

1.工程概況

盤縣白河溝水利工程，位于貴州省西南部六盤水市盤縣平關鎮，與云南省富源縣相鄰。其地理位置為東經104°18′～104°23′，北緯 25°36′～25°44′。

水庫樞紐所在河流為江浪河，屬珠江流域南盤江水系，是南盤江左岸的三級支流。江浪河流域集水面積140.2km2，主河道長35 km，河道比降11.5‰。白河溝壩址以上控制集水面積88.5 km2，主河道長19.4km，河道比降20.8‰。

本工程的主要任務是城鎮供水，其受水區為盤縣縣城，設計年供水量2000萬m3（P=95%）。

樞紐由攔河壩（鋼筋混凝土面板堆石壩）+泄洪建筑物（右岸泄洪洞+左岸壩頂溢洪道）+輸水建筑物（提水泵站+輸水管道）組成。

水庫正常蓄水位1840.00m，正常蓄水位以下庫容1400萬m3，設計洪水位1841.09 m，相應庫容1530萬m3，校核洪水位1842.26m，總庫容1670萬m3。興利庫容1083萬m3。根據《水利水電工程等級劃分及防洪標準》（SL252-2000）規定，該水庫為中型水庫，工程規模屬中型，工程等別為ⅠⅠⅠ等。擋水建筑物(大壩)、泄洪建筑物(溢洪道和泄洪洞)等主要建筑物為3級建筑物，提水泵站、輸水管道、輸水隧洞等建筑物為4級，臨時性水工建筑物為5級建筑物。

根據工程等級及建筑物級別，相應的洪水標準如下：大壩(混凝土面板堆石壩)、溢洪道、泄洪兼放空隧洞為50年一遇洪水設計（P=2%），1000年一遇洪水校核（P=0.1%），消能防沖標準按30年一遇洪水設計（P=3.33%）。泵站（庫內）：為50年一遇洪水設計（P=2%），1000年一遇洪水校核（P=0.1%）。輸水建筑物：管道、隧洞為10年一遇洪水設計（P=10%），30年一遇洪水校核（P=3.33%）。

2.首部樞紐布置

2.1 壩址地形地質條件

壩址河段河床高程1801m，正常蓄水位高程河谷寬185m，河谷為不對稱寬“V”型河谷，左右岸均為陡坡，且山體較高，兩岸基巖裸露。兩肩分布基巖主要為T1yn1～3～3上部為深灰色中厚層灰巖，右岸1830m高程以上為T1yn1～3～4的泥質灰巖及泥灰巖夾灰巖及鈣質泥巖薄層，屬中硬質巖類，薄—中厚層狀結構，強風化深（法向厚度）7～9m，強風化帶裂隙多張開夾泥，巖溶發育，巖體透水性較大。弱風化帶巖體完整性較好，強度較高，巖體質量為BⅢ2級，抗滑、抗變形能力較強，巖體承載力大。

工程區位于富源與盤縣之間，根據《中國地震動參數區劃圖》，工程區地震動參數為0.45s，峰值加速度為0.1g，相應地震基本烈度為Ⅶ度，本工程建筑物按Ⅶ度設防。

1.2 首部樞紐布置

本工程首部樞紐主要建筑物包括大壩(混凝土面板堆石壩)、溢洪道(壩頂開敞式溢洪道)、泄洪兼放空隧洞等，工程布置如下：

2.2.1 攔河壩：大壩壩型采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1844.40 m，防浪墻頂高程1845.6 0 m，河床趾板建基面高程1785.00m，最大壩高59.40 m。壩頂長186.60 m，壩頂路面凈寬度為7.50m，考慮上游防浪墻厚及下游擋墻厚，壩頂總寬度定為8.0m，上下游壩坡均為1：1.4。

2.2.2 壩頂開敞式溢洪道：壩頂溢洪道是布置于面板堆石壩上，位于壩體左壩段，溢洪道中心線樁號為橫左0+019.500處，由溢流堰進口段、泄槽、挑流鼻坎組成。進口段設2孔，每孔凈寬15 m，中間設1 m的中墩，溢流堰采用駝峰堰，堰頂高程為1840 m，堰上不設閘門，溢流前沿凈寬30 m。泄槽由3段組成，坡比依次為 1：1.4、1：40和 1：1.4。

2.2.3 右岸泄洪隧洞兼放空隧洞：泄洪洞布置在右岸，由施工導流洞進口采用“龍抬頭”形式改建而成，洞身流態采用進口設置有壓短管、洞身無壓的型式，平板檢修閘門與弧形工作閘門均設置于隧洞進口，進口底板高程1811m，隧洞總長387.526m。

3.溢洪道設計

3.1 溢洪道布置

經過初步設計階段對泄洪方式的比較，確定采用泄洪洞+壩頂溢洪道的聯合泄洪方案，通過水庫調洪計算，在設計頻率P=2%時溢洪道和泄洪洞分別下泄57m3/s和287m3/s，在校核頻率P=0.1%時溢洪道和泄洪洞分別下泄164 m3/s和293.4 m3/s，圖1為溢洪道縱剖視圖。

圖1 溢洪道縱剖視圖

溢洪道布置于左岸壩段壩頂，軸線位于橫左0+019.500 m樁號處，為開敞式自由溢流溢洪道。溢流堰頂高程1840.00m，溢流凈寬30.0 m，共2孔，中間設置1.0 m厚的橋墩，溢流堰堰面曲線為圓弧曲線，半徑24.745m，圓心角71.08°，上游與大壩鋼筋混凝土面板相接，下游接泄槽段，溢洪道在樁號溢0+033.909 m以上部分基礎置于大壩碾壓堆石體上。在堆石體與溢洪道底板之間設置水平寬度為2.4 m的C15混凝土墊層，并分別于1827.0m和1837.5m高程設置水平地錨梁增加溢洪道底板穩定性；溢0+033.909m以下基礎坐落于基巖上。溢0+014.383～溢0+038.111m段泄槽底坡為1∶1.4，溢0+038.111～溢0+042.561m為圓弧段，圓弧半徑8.0 m，圓心角34.11°，溢0+042.561～溢0+078.570 m段泄槽底坡為1∶40，溢0+078.570～溢0+084.616 m段為拋物線連接段，拋物線方程為y=0.025x+0.057x2，溢0+084.616～溢0+100.196m段泄槽底坡為1∶1.4，溢0+100.196～溢0+104.570 m段為出口挑流鼻坎段，圓弧半徑為5.0 m，圓心角50.54°，挑射角15°。溢0+014.383～溢0+032.719m段泄槽寬度為31.0，溢0+032.719～溢0+036.124m段泄槽左右邊墻均采用半徑為23.0m,圓心角8.51°的圓弧連接，溢0+036.124～溢0+104.570m段泄槽寬度由30.493m收縮至10.0m。溢洪道泄槽橫斷面為矩形，邊墻和底板均采用C25鋼筋混凝土澆筑而成。

3.2 溢洪道設計計算

3.2.1 結構計算：溢洪道結構計算采用有限元計算，經對計算結果進行分析可知，溢洪道建在碾壓堆石體上是可行的，堆石體沉降對溢洪道影響很小，對溢洪道安全運行不產生影響。

3.2.2 泄流能力計算：通過理論計算和水工模型實驗成果進行對照分析可知，水工模型實驗溢洪道下泄流量約大于理論計算流量，溢洪道泄洪能力滿足相應標準時洪水下泄要求。

表1 盤縣白河溝溢洪道泄流能力理論計算與水工模型實驗對照表

3.2.3 下游消能防沖計算：通過對下游消能防沖的計算分析，下游沖坑深度不大，坡度較緩，不影響任何建筑物和下游兩岸坡安全，所以選擇挑流消能方式是合理的。

表2 盤縣白河溝溢洪道下游消能計算成果表

4.結語

在峽谷地區修建面板堆石壩絕大多數將溢洪道布置成岸邊溢洪道，這樣會增加岸坡開挖高度，挖方量和邊坡處理量增大，溢洪道投資在整個工程中投資比例增加。近年來不斷通過工程實踐，在混凝土面板堆石壩壩頂設置溢洪道已經逐漸成熟，減少了工程投資，給樞紐布置帶來方便，但施工干擾大，隨著施工技術和施工機械的更新發展，混凝土面板堆石壩壩頂設置溢洪道將帶來巨大的經濟效益。