山口巖水利樞紐工程攔河泄洪閘布置方案比選

馮紹好　孫華云（江西省水利水電建設有限公司　江西　南昌　330025）

山口巖水利樞紐工程攔河泄洪閘布置方案比選

馮紹好孫華云
（江西省水利水電建設有限公司江西南昌330025）

本文基于山口巖水利樞紐工程攔河樞紐布置及泄洪方式，從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運行管理等幾個方面進行分析。本文的研究目的在于突出攔河泄洪閘設計中的重點問題，包括泄洪沖砂閘孔口寬度的確定、引水樞紐輸砂能力的分析等，以期對同類工程起到借鑒作用。

攔河泄洪閘；方案；比選

1　概況

山口巖水利樞紐工程位于萍鄉(xiāng)市蘆溪縣上埠鎮(zhèn)境內(nèi)，距萍鄉(xiāng)市約30km，距蘆溪縣城約7.6km。壩址地處贛江一級支流袁河上游，是一座具有防洪、供水、發(fā)電、灌溉等綜合效益的水利樞紐工程。該工程對外交通條件較好。現(xiàn)有公路直通壩址，該公路萍鄉(xiāng)市至蘆溪段22.4km為國道，蘆溪至壩址7.6km（其中4.6km為二級公路，3.0km為四級公路），施工期間工程設備和材料等物資均可通過現(xiàn)有公路進場。

本工程水庫總庫容為1.0528×108m3，電站裝機總容量12MW，工程等別Ⅱ等，屬大（2）型工程。根據(jù)本工程等別，確定其大壩、泄洪及放空洞為2級建筑物，引水建筑物為3級建筑物，發(fā)電廠房為4級建筑物。本工程多年平均日供水量20×104t，屬中型工程。供水工程等別為三等，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。

2　攔河泄洪閘布置方案的比選

經(jīng)過水文分析，本工程設計洪水重現(xiàn)期采用30年一遇，設計洪水流量為1935m3/s。校核洪水重現(xiàn)期100年一遇，校核洪水流量為2700m3/s。原工程設計中由于實測系列較短（僅27年），也未發(fā)生1999年特大洪水。雖然采用了較高的重現(xiàn)期，但攔河閘設計洪水流量為1140m3/s（P=1%），校核洪水流量為1465m3/s（P=0.2%），比現(xiàn)狀設計洪水流量1935m3/s少了795m3/s，比校核洪水流量2700m3/s小了1235m3/s。經(jīng)水力計算復核，原攔河閘實際的最大過洪流量為1718m3/s。比校核洪水流量2700m3/s泄洪能力小了982m3/s。

為滿足攔河閘的過洪要求，共擬定了三個布置方案，即增加閘室高度，以滿足閘室安全超高的要求，保證泄洪安全的方案（加高方案）為方案一；在攔河閘左側增加泄洪閘室寬度（加寬方案）為方案二；在原攔河閘左岸增加泄洪閘、右岸增設泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）為方案三。

2.1方案一（加高方案）

2.1.1設計標準

本攔河泄洪樞紐工程等級為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。設計洪水標準選用30年重現(xiàn)期，校核洪水重現(xiàn)期為100年一遇。相應洪水流量及水位如下：

設計洪水P=3.3%，設計洪水流量Q設=1935m3/s，相應閘前水位1480.51m；

校核洪水P=1.0%，校核洪水流量Q校=2700m3/s，相應閘前水位1481.52m。

2.1.2加高措施

維持現(xiàn)有攔河泄洪閘總寬度不變，保留13孔泄洪閘，并將靠近引水口1孔泄洪閘改成2孔沖砂閘。改造后泄洪閘加沖砂閘孔口凈寬111m。根據(jù)設計洪水標準及規(guī)范規(guī)定的安全超高要求，采用加高閘墩高度，滿足安全泄洪要求。具體工程措施是在現(xiàn)有閘室前增建新的閘室，維持現(xiàn)有閘底板高程1476.50m不變。經(jīng)水力學計算，當校核洪水為100年一遇時，閘頂高程為1483.20m，閘墩高6.7m，比原閘頂抬高1.3m。相關水力要素如表1所示。

表1　　水力要素表（方案一）

表2　　水力要素表（方案二）

2.2方案二（加寬方案）

2.2.1設計標準

工程等別，設計洪水重現(xiàn)期及洪峰流量同方案一。設計洪水位為：正常設計引水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；設計洪水位高程1479.55m（P=3.3%）；校核洪水位高程1480.30m（P=1.0%）。

2.2.2加寬措施

在已建攔河閘左側（北岸）增建攔河閘8孔，改造后泄洪閘加沖砂閘孔口總凈寬175m。由于老閘室抗滑穩(wěn)定不滿足要求，為了減少拆除工程量，在老閘室前增建檢修門槽閘墩。經(jīng)水力學計算需新增泄洪寬度64m，每孔凈寬8m，計8孔。閘底板高程1476.50m，閘頂高程1481.90m，閘墩高5.4m。有關水力要素如表2所示。

2.3方案三（加寬加泄洪沖砂閘方案）

2.3.1設計標準

工程等別，設計洪水重現(xiàn)期及洪峰流量同方案一。設計洪水位如下：正常設計擋水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；設計洪水位高程1479.60m（P=3.33%）；校核洪水位高程1480.35m（P=1.0%）。

2.3.2加寬加泄洪沖砂閘措施

在已建攔河閘左側（北岸）增建攔河泄洪閘6孔，單孔凈寬8m；在已建攔河閘右側（南岸）增建泄洪沖砂閘4孔，單孔凈寬4m。改造后泄洪閘加沖砂閘孔口凈寬175m。閘孔寬和閘室結構尺寸與已建攔河閘基本相同。由于老閘室沒有設置檢修門，為便于檢修，在老閘室前增加閘室長度2.5m。攔河閘底板高程1476.50m，閘頂高程均為1481.9m，閘墩高5.4m。為提高沖砂效果，泄洪沖砂閘底板高程為1476.00m，有關水力要素如表3所示。

表3　　水力要素表（方案三）

表4　　攔河泄洪閘布置方案比較表

3　方案分析

3.1方案一（加高方案）

（1）優(yōu)點

單寬流量較大，在設計（P=3.33%）和校核（P=1.0%）洪水位時，過閘單寬流量18m3/s· m～25m3/s·m，水力條件較為合理。增加閘室長度，將閘室改為整體式，有效解決抗滑穩(wěn)定，并增加閘室抗震穩(wěn)定性。沒有增加閘前的河道寬度，有利閘前河床穩(wěn)定。可以使原閘室圬工結構及工作閘門存在的缺陷及安全隱患得到徹底加固、更新、改造。基礎挖深較淺，基坑排水難度小，有利于加快施工進度，縮短工期。

（2）缺點

單寬流量較大，過閘流速較大，加劇閘后河床下切，需采取較完善的防沖消能工程措施。閘前水位較高，右岸約250m長防洪堤需加高，最大加高1.5m左右，增大了閘前兩岸的防洪壓力。增加了閘室的高度，加大了攔河閘閘墩的砼工程量。導流工程較復雜，導流圍堰及臨時交通橋工程量較大，施工難度較大。

3.2方案二（加寬方案）

（1）優(yōu)點

過閘單寬流量及流速較小，防沖消能較簡單。施工導流較簡單，可采用分期導流方式，導流工程量小。設計和校核洪水位相應較低，閘前基本不壅水，右岸前導流堤不需加高。閘前防洪壓力小。

（2）缺點

閘前河床較寬，打破現(xiàn)有閘前后沖淤平衡關系，河相系數(shù)已達3.38，新增的泄洪閘前，由于開閘泄洪幾率很小，勢必導致閘前淤積，單寬流量和流速較小，不利于沖砂。擴寬部分的基礎開挖較深，基坑排水工程量大，施工較困難，工期較長。拆除工程量和新建工程量大，金屬結構，消能裙板更新工程量大。閘孔多，操作運行管理復雜，維修養(yǎng)護工程量大，運行成本高。

3.3方案三（加寬加泄洪沖砂閘方案）

（1）優(yōu)點

在設計（P=3.3%）和校核（P=1%）洪水位時，過閘單寬流量11m3/s～15m3/s，過閘單寬流量及流速較小，防沖消能較簡單。水力條件較經(jīng)濟合理。施工導流最簡單，可采用分期導流方式，導流工程量最小。設計和校核洪水位相應較低，閘前基本不壅水，右岸前導流堤無需加高。閘前防洪壓力較小。靠近引水系統(tǒng)新增的泄洪沖砂閘可防止泥砂入渠。老閘墻基礎挖深較淺，基坑排水難度小，有利于加快施工進度，縮短工期。工程量及工程投資相應較小。

（2）缺點

雖閘前加寬河床較少，但仍然影響現(xiàn)有閘前后沖淤平衡關系。增大了擴寬部分的基礎開挖工程量，基坑排水工程量大。閘孔較多，操作運行管理較復雜。

4　方案比選

根據(jù)上述對三個方案優(yōu)缺點的分析，經(jīng)綜合比選，從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運行管理等幾個方面進行對比，結果見表4。

根據(jù)上述三個方案的優(yōu)缺點，方案三具有引水、防砂工程性能最佳和工程投資相對較小的特點，因此在總體上推薦方案三，即：左岸加寬攔河閘，右岸加泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）為本引水樞紐除險加固建設方案。

5　結論

攔河泄洪閘的合理布置是水利樞紐工程設計中的關鍵技術問題，筆者針對山口巖水利樞紐工程攔河閘的過洪要求，提出三種布置方案，即增加閘室高度，以滿足閘室安全超高的要求，保證泄洪安全的方案（加高方案）；在攔河閘左側增加泄洪閘室寬度（加寬方案）；在原攔河閘左岸增加泄洪閘、右岸增設泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）。并從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運行管理等幾個方面對方案的優(yōu)缺點進行了分析與比較，選擇加寬加泄洪沖砂閘方案為本引水樞紐除險加固建設方案，可供類似工程借鑒。陜西水利

［1］李海濤，周應詳.山口攔河引水樞紐工程方案布置比選［J］.新疆水利.2011，（2）:32-35.

［2］邱靜，杜涓，黃本勝，賴冠文.低水頭攔河水利樞紐布置的探討［J］.第十七屆全國水動力學研討會暨第六屆全國水動力學學術會議文集. 2003:645-651.

［3］馬洪玉.新疆某水電站工程攔河引水樞紐布置［J］.小水電.2013，（6）:24-26.

（責任編輯：唐紅云）

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