迷家河水庫溢洪道設計方案比選

汪李艷，王春娟，何小敏

1 工程概況

迷家河水庫位于槐理河一級支流迷家河溝道溝口。壩址以上控制流域面積33.4 km2，溝道總長13.8 km，多年平均徑流量126.9萬m3。水庫正常蓄水位為1153.00 m，相應庫容531.5萬m3，最大壩高44 m，屬Ⅳ等小（1）型水庫。水庫樞紐包括均質土壩、溢洪道、導流泄洪洞及放水建筑物。水庫建設主要任務為生活用水及鎮區工業用水供水，兼顧農田灌溉。

2 工程地質條件

工程所在區域從地貌上屬黃土梁卯狀丘陵溝壑區，海拔1100 m～1400 m，梁卯起伏大于250 m，地形切割強烈，梁卯邊坡緩坡段，坡度15°～25°，主要出露第四系黃土，溝坡陡坡段為陡壁，多已切入第三系紅層及下伏砂巖，陡壁侵蝕嚴重，易滑塌，黃土覆蓋區，水土流失嚴重。

溢洪道布置于壩址右岸，溢流堰及泄槽段位于粘土巖（N2-Cr）中，該巖體允許不沖流速為2 m/s，遇水存在膨脹變形和失水崩解的特性。消能段下伏地層為沖洪積粉質粘土（Q3al+pl-③），為微透水層，承載力特征值為280 kPa。

3 方案初擬分析

溢洪道設計應滿足宣泄各級洪水要求，基本設計原則[1]如下：

1）要緊密結合壩址地形地貌、地質條件，使其直短，以改善水流條件。充分考慮下游消能和原有河道的銜接，確保行洪安全，減小對河道兩岸邊坡穩定的影響。

2）本工程大壩為當地材料壩，泄洪建筑物應有一定超泄能力。考慮泄洪安全，泄洪洞不參與泄洪。

3）溢洪道靠山一側開挖應盡量避免高邊坡，減少造價，確保運行安全與可靠。

4）樞紐建筑物布置應緊湊、合理、順暢。同時，應與施工導流相結合，控制施工進度，減少工程造價。

迷家河水庫正常蓄水位1153.00 m，按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL5180-2000）規定，溢洪道為4級建筑物，設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇，相應洪峰流量分別為401 m3/s和881 m3/s。

制約本工程溢洪道設計方案[2][3]的因素主要有水庫運行方式（泄洪洞受泥沙淤積影響不參與泄洪）、泄洪規模、地形地質條件（沿線地形較陡，應避免形成高邊坡）及工程投資等。根據分析，擬對開敞正槽式方案、有閘控制正槽式方案及無閘控制側槽式方案進行比選，最終確定相對合理的設計方案。

4 方案設計

4.1 開敞正槽式方案

本方案[4]溢洪道縱剖面布置見圖1，調洪計算成果及見表1，考慮所有洪水全部從表孔下泄。方案具體設計如下：

圖1 開敞正槽式方案縱剖面圖

表1 開敞正槽式方案調洪計算結果

溢洪道為岸邊正槽式，布置于右岸緊靠壩肩，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段及海曼防護段組成，總長229.3 m，末端采取底流消能。溢洪道軸線方位角SW187°35′14"，與壩軸線的交角為6.85°。

引渠段長55.7 m，底寬12～25 m，底坡i=0，底板高程1142.50 m,襯砌厚0.5 m，采用C25W6F250混凝土襯砌。右岸結合邊坡開挖及公路的布置采用斜坡式襯砌，坡度1∶0.75，墻厚0.5 m；左岸擋墻與壩體緊密結合，采用重力式結構。

控制段長16.9 m，溢流堰為WES實用堰，堰頂高程1153.0 m，堰寬12 m。溢流堰上游堰頭采用三圓弧曲線，下游采用y=0.127x1.85冪曲線接1∶1.0斜坡。溢流堰采用C25W6F250混凝土澆筑。

泄槽段總長86.7 m，底坡i=1/3.3，為矩形結構，底寬12 m，底板厚0.8 m墻高3.0 m，采用重力式結構；泄槽末端采用反弧段連接消能段，R=10 m。泄槽采用C35W6F250鋼筋混凝土澆筑。

消能段長50 m，采用底流消能，與泄洪洞消力池聯合布置，池深4.0 m，池底寬12.0 m。消力池底板高程1115.0 m，底板厚2 m，采用C35W6F250鋼筋混凝土澆筑。底板下設碎石墊層，厚1.2 m。

4.2 有閘控制正槽式方案

本方案[5]溢洪道縱剖面布置見圖2，調洪計算成果及見表2，考慮所有洪水全部從表孔下泄。方案具體設計如下：

圖2 帶閘門正槽式方案縱剖面圖

表2 帶閘門正槽式方案調洪計算結果

溢洪道為岸邊正槽式，布置于右岸緊靠壩肩，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段及海曼防護段組成，總長237.1 m，末端采取底流消能。溢洪道軸線方位角SW187°35′14"，與壩軸線的交角為6.85°。

引渠段長58 m，底寬12～25 m，底坡i=0，底板高程1142.50 m,襯砌厚0.5 m，采用C25W6F250混凝土襯砌。右岸結合邊坡開挖及公路的布置采用斜坡式襯砌，坡度1∶0.75，墻厚0.5 m；左岸擋墻與壩體緊密結合，采用重力式結構。

控制段長12.4 m，溢流堰為WES實用堰，堰頂高程1148.50 m，堰寬12 m。溢流堰上游堰頭采用三圓弧曲線，下游采用y=0.127x1.85冪曲線接1∶1.0斜坡。溢流堰采用C25W6F250混凝土澆筑。

溢流堰頂部布置檢修平板鋼閘門及弧形工作鋼閘門各一道。孔口尺寸寬12 m，高4.5 m。

泄槽段總長86.7 m，底坡i=1/3.3，為矩形結構，底寬12 m，底板厚0.8 m墻高3.0 m，采用重力式結構；泄槽末端采用反弧段連接消能段，R=10 m。泄槽采用C35W6F250鋼筋混凝土澆筑。

消能段長60 m，采用底流消能，與泄洪洞消力池聯合布置，池深4.0 m，池底寬12.0 m。消力池底板高程1115.0 m，底板厚2 m，采用C35W6F250鋼筋混凝土澆筑。底板下設碎石墊層，厚1.2 m。

4.3 無閘控制側槽式方案

本方案[6]溢洪道縱剖面布置見圖3，調洪計算成果及見表3，考慮所有洪水全部從表孔下泄。方案具體設計如下：

圖3 側槽式方案縱剖面圖

表3 側槽式方案調洪計算結果

溢洪道為岸邊側槽式，由側槽段、調整段、泄槽段、消能段及海漫防護段組成，總長227.60 m，末端采取底流消能。

溢流堰為WES實用堰，堰頂高程1153.0 m，側槽長（堰寬）32 m。側槽寬6～12 m，底坡i=0.02，底板首端高程1149.64 m，末端高程1149.0 m。山體內側結合邊坡開挖及公路的布置采用斜坡式襯砌，坡度1∶0.75。調整段長23m，底寬12 m，底板高程1149.0 m。

泄槽段總長89.1 m，底坡i=1/2.7，底寬12 m。調整段末端與泄槽段首端采用拋物線銜接，泄槽末端采用反弧段連接消能段，R=10 m，θ=30°。

消能段長60 m，采用底流消能，池深4.0 m，池底寬12.0 m。消力池底板高程1116.0m，底板厚2m，底板下設碎石墊層，厚1.2m。

5 方案比選

針對以上三種設計方案，分別從工程布置、工程施工及工程投資三個方面進行比較分析，結論見表4。

表4 各種設計方案比較分析統計表

通過表4的比較分析，開敞側槽式方案水流條件較正槽式復雜，但基礎置于粘土巖上，地質條件較好，運行安全相對有保障。與開敞正槽式方案相比，側槽式方案邊坡最大高度較低，岸坡開挖量及邊坡處理量較省；同時最大壩高較小，大壩填筑量較省；最終工程造價較開敞正槽式方案節省123.54萬元。與帶閘正槽式方案相比，側槽式方案底板挖深較小，混凝土澆筑量較省；無需閘門控制水位，運行管理相對方便，減少閘門檢修和維護費用；最終工程造價帶閘正槽式方案節省205.78萬元。

綜合技術經濟比較，迷家河溢洪道布置方案推薦采用開敞側槽式方案。

6 結語

迷家河水庫為山區小（一）型水庫，溢洪道設計方案的確定受地形地質條件影響很大，應避免產生高邊坡，增加邊坡處理的難度。同時，溢洪道進口控制段的選型，應盡量避免采用閘門控制，增加工程管理運行的難度。通過上述三種方案的比較分析，為迷家河溢洪道方案的確定提供合理的依據，也為相似工程提供一定的借鑒意義。

對于土石壩水利樞紐設計，溢洪道合理的選型、布置和設計，不僅影響水庫的運行安全，而且影響整個工程造價，因溢洪道行洪存在障礙而導致土石壩洪水漫頂的事故也不乏案例[7]。因此，對于溢洪道方案的確定，在水庫勘測設計過程中必須慎重對待。

[1]洪振國，洪振權.水庫溢洪道結構及布置設計研究 [J].海河水利，2016，（4）：26-29.

[2]SL253—2000，溢洪道設計規范[S].

[3]李煒.水力計算手冊(第二版)[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[4]江西省水利科學研究所編.無閘控制溢洪道水利設計[M].水利出版社，1981：104.

[5]代生軍.有閘控制溢洪道水力計算分析[J].水利科技與經濟，2009，（7）：594-595.

[6]韓立.側槽溢洪道的水力計算和設計[J].陜西水利科技，1973，(02).

[7]汝乃華，牛運光.土石壩的事故統計和分析[J].大壩與安全，2001，（1）：31-37.