談?dòng)^文水庫溢洪道設(shè)計(jì)方案比選

□ 劉 勇 □ 楊志飛 □ 李秀慧（河南省豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）

1 工程概況

擬建觀文水庫位于赤水河左岸一級(jí)支流菜板河的右岸支流白泥河上游，壩址地處四川省古藺縣觀文鎮(zhèn)五桂村和復(fù)興村交界處，距古藺縣城50km，控制集水面積26.10km2，多年平均年徑流量1302萬m3，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主、兼顧?quán)l(xiāng)村供水等綜合利用的中型水利工程。該工程建成后對(duì)改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保障糧食生產(chǎn)安全和鄉(xiāng)村供水安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要作用。

初步設(shè)計(jì)階段，攔河大壩方案比較后采用瀝青混凝土心墻堆石壩，正常蓄水位1090.00m，大壩壩頂高程1094.00m，壩頂軸線長168.68m，壩頂寬7.00m，最大壩高46.00m。

取水（兼放空）隧洞布置在大壩左岸，采用塔式進(jìn)水口，取水隧洞平洞段用作施工導(dǎo)流，施工后期導(dǎo)流洞進(jìn)口封堵后，將進(jìn)水塔及平洞連接，以“龍?zhí)ь^”形式建設(shè)取水隧洞，承擔(dān)取水及放空任務(wù)。取水隧洞洞線全長332.90m。

2 溢洪道方案比選

2.1 溢洪道位置選擇

根據(jù)現(xiàn)場查勘和本階段測(cè)量勘探資料，大壩左岸自然坡度30～35°，谷底至坡頂高度約65m，大壩右岸自然坡度40～50°，谷底至坡頂高度約96m，右岸較左岸坡度陡，岸坡高。溢洪道如布置在左岸，邊坡開挖高度約37m；若布置在右岸，邊坡開挖高度約54m，右岸開挖邊坡較高，挖方量大。

從溢洪道軸線比較來看，根據(jù)壩址處地形，溢洪道若布置在左岸，軸線為直線，可直接進(jìn)入下游河道，軸線長約200m；如溢洪道布置在右岸，軸線需要在中部向左側(cè)轉(zhuǎn)角約66°才能連接下游河道，軸線長約280m，溢洪道布置在左岸比布置在右岸軸線短約80m，工程量減小，同時(shí)左岸軸線直線布置比右岸軸線轉(zhuǎn)角布置水力條件更好，利于洪水下泄。

經(jīng)過以上分析，溢洪道采用開敞式布置在左岸是合適的，既能節(jié)省投資，同時(shí)能獲得較好的水力條件。

2.2 溢洪道控制方式比選

根據(jù)可研階段確定的水庫規(guī)模，水庫正常蓄水位為1090.00m，為保證水庫正常蓄水位，按照溢洪道控制方式，擬定2個(gè)溢洪道控制方案進(jìn)行比較。

2.2.1 方案一:無閘控制溢洪道

無閘控制溢洪道溢流堰頂與正常蓄水位等高，不設(shè)控制設(shè)施，洪水可及時(shí)下泄，運(yùn)用型式簡單，維修養(yǎng)護(hù)容易。根據(jù)溢洪道與壩軸線的相對(duì)位置關(guān)系，無閘控制溢洪道可采用正槽布置及側(cè)槽布置兩種型式。

正槽式溢洪道布置:該方案采用正槽平底寬頂堰型式，堰頂高程1090.00m，經(jīng)計(jì)算，堰頂寬度約需26.00m。根據(jù)擬建溢洪道處地形條件，布置正槽式溢洪道，由于底寬較大，受地形限制，溢洪道右岸已與壩體相接，只能向左岸擴(kuò)挖，導(dǎo)致左岸大部分山體被開挖，投資增大。

側(cè)槽式溢洪道布置:該方案采用WES實(shí)用堰側(cè)槽布置型式，堰頂高程設(shè)置在正常蓄水位1090.00m，設(shè)計(jì)側(cè)槽長20.00m，側(cè)槽起始端槽底高程1086.00m，寬4.00m，末端槽底高程1085.20m，寬8.00m，泄槽段底寬漸變?yōu)?.00m。該布置型式較正槽布置型式底寬縮小，極大地減小了開挖工程量，節(jié)省投資。

經(jīng)溢洪道泄流能力計(jì)算和水庫調(diào)洪計(jì)算，無閘控制側(cè)槽溢洪道方案1000年一遇校核洪水位1092.85m，下泄流量212.32m3/s；50年一遇設(shè)計(jì)洪水位1091.85m，下泄流量111.68m3/s。該方案較正槽溢洪道可大幅減少開挖工程量，節(jié)省投資，因此，無閘控制溢洪道采用側(cè)槽溢洪道布置型式。

根據(jù)壩頂超高計(jì)算，校核水位工況控制壩高，該工況壩頂超高為1.88m，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻，則墻頂高程為1094.73m，設(shè)計(jì)防浪墻高度取1.20m，計(jì)算壩頂高程為1093.53m，取設(shè)計(jì)壩頂高程為1094.00m。

2.2.2 方案二:有閘控制溢洪道

有閘控制溢洪道可減小溢洪道寬度，有利于降低洪水位，削減經(jīng)溢洪道下泄的洪峰流量，降低大壩高度，節(jié)省壩體投資。

有閘控制溢洪道方案，采用正槽布置，閘底板頂高程為1086.00m，正常蓄水位1090.00m，選用平板閘門控制，堰型采用寬頂堰。設(shè)計(jì)閘室凈寬10m，設(shè)2孔閘，閘寬5.00m，閘室高6.80m，采用平面鋼閘門，雙吊點(diǎn)卷揚(yáng)啟閉機(jī)控制。閘后泄槽前段底寬11.50m，陡槽段底寬漸變?yōu)?.00m。

根據(jù)溢洪道泄流能力計(jì)算和水庫調(diào)洪演算，該方案1000年一遇校核洪水位1091.68m，下泄流量89m3/s；50年一遇設(shè)計(jì)洪水位1090.37m，下泄流量148.39m3/s。根據(jù)壩頂超高計(jì)算，校核水位工況控制壩高，該工況壩頂超高為1.88m，壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻，則墻頂高程為1093.56m，設(shè)計(jì)防浪墻高度取1.20m，計(jì)算壩頂高程為1092.36m，設(shè)計(jì)壩頂取為1092.80m。

綜合溢洪道控制型式，從大壩增加投資+溢洪道+金結(jié)三項(xiàng)工程投資綜合比較結(jié)果看出，方案一工程投資較方案二多236.50萬元。

方案一（無閘控制），雖然投資較方案二稍多，但不設(shè)控制設(shè)施，洪水可及時(shí)下泄，運(yùn)用型式簡單，運(yùn)行管理方便，維修養(yǎng)護(hù)容易。

方案二（有閘控制），降低壩頂高程，減少壩體投資，但采用閘門控制，運(yùn)行控制較復(fù)雜，汛期調(diào)度繁瑣，同時(shí)由于增加了金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備，導(dǎo)致后期管理、運(yùn)行及維護(hù)工作量加大，而且降低投資有限，并增加一定運(yùn)行費(fèi)。

由于水庫位于山區(qū)，綜合考慮水庫運(yùn)行控制、后期維護(hù)及工程投資等因素，本階段推薦采用無閘控制溢洪道，溢洪道采用實(shí)用堰側(cè)槽布置。

2.3 消能方式的比選

消能防沖型式的選擇遵循消能充分，流態(tài)良好并與下游水位銜接平順、對(duì)河床及兩岸沖刷小、工程量節(jié)省并有利于檢修的原則。結(jié)合本工程地質(zhì)、地形條件，比較了底流和挑流兩種消能形式。

2.3.1 方案一:底流消能

在緊接泄水建筑物的下游修建消能池，使水躍在池內(nèi)形成，借水躍實(shí)現(xiàn)急流向下游河道中緩流的銜接過渡，并利用水躍消除余能。底流消能的優(yōu)點(diǎn)是消能比較充分、平穩(wěn)，對(duì)下游水面的波動(dòng)影響范圍較小；缺點(diǎn)是這種消能方式一般開挖量比較大，施工時(shí)間比較長，材料用量多，工程投資相對(duì)比較高。經(jīng)核算，采用底流消能方式時(shí)，下泄30年一遇洪水時(shí)，躍后水深6m，水躍長40m；下泄校核洪水時(shí)，躍后水深7.50m，水躍長80m，下游河道水深約3.90m，下游水位較低，需要修建巨大的消力池壅高下游水位。

2.3.2 方案二:挑流消能

挑流消能的優(yōu)點(diǎn)是工程結(jié)構(gòu)簡單，不需要修建大量的河床防護(hù)工程，對(duì)具有一定水頭的泄水建筑物，多采用此種消能工。經(jīng)過分析計(jì)算，優(yōu)化挑流鼻坎位置及挑角，在校核洪水頻率以下各級(jí)流量泄流時(shí)，挑射水流不會(huì)對(duì)兩側(cè)岸坡及臨近建筑物及泄水建筑物本身造成沖刷，挑流消能對(duì)下游影響較小。僅下泄校核洪水流量時(shí)，射流落水點(diǎn)較遠(yuǎn)，橫向?qū)挾容^大，因此可能對(duì)右岸山坡突出部分構(gòu)成影響，但這種工況幾率很小。綜上分析，采用挑流消能方式工程投資節(jié)約、對(duì)建筑物及岸坡影響很小，該工程布置挑流消能設(shè)施是合適的。

溢洪道如果采用底流消能形式，需修建巨大的消力池，工程量巨大，非常不經(jīng)濟(jì)。因此，經(jīng)過綜合比較選擇挑流消能方式，在布置溢洪道泄槽時(shí)，盡量減小下泄水流的入河角度，合理設(shè)置挑流鼻坎的位置，確保盡量將下泄水流挑入河道內(nèi)，避免下泄水流對(duì)河道岸坡的沖刷。

3 溢洪道布置方案確定

經(jīng)對(duì)觀文水庫溢洪道位置、控制方式及消能方式的比選，確定觀文水庫溢洪道位于水庫大壩左岸，形式為側(cè)槽開敞式無閘控制溢洪道，溢洪道側(cè)槽溢流堰采用WES實(shí)用堰型，挑流消能型式。

4 結(jié)語

本文以四川省古藺縣觀文水庫為例，根據(jù)樞紐所處地形、地質(zhì)條件，結(jié)合水庫運(yùn)行方式，從水庫溢洪道的位置、控制型式及消能型式等方面進(jìn)行方案比較，確定了水庫溢洪道的設(shè)計(jì)方案，為其他相類似的河岸式溢洪道工程設(shè)計(jì)提供必要的借鑒。