淺析某水利樞紐工程的總布置思路

金利強

（黔西南州水利電力勘測設計院，貴州 興義 562400）

在水利樞紐工程施工建設中，科學合理地布置各種建筑物，對水利樞紐使用效能的發揮、施工難易程度、工程造價等方面皆有非常重要的意義。此外，各種水利樞紐建筑物的效果，也會影響整個水利樞紐的應用效果。因此，需要結合工程特性，嚴格按照河流來水來沙量，地形地質及各構筑物的安全等級，經濟合理等要求，合理選擇總體布置方案，才能提升設計布置效果。基于此，開展水利樞紐設計的總布置思路研究顯得尤為必要。

1 工程概況

某水利樞紐工程是一座以灌溉為主，飲用輔，兼有美化生態環境的綜合利用水庫，總庫容1264萬m3，水庫特征水位為：校核洪水位34.26 m；設計洪水位21.45 m，防洪高水位28.62 m，正常蓄水位26.43 m，防洪限制水位16.52 m，死水位5.62 m。庫區回水長度3.26 km，為年調節水庫。

2 水利樞紐設計總布置原則

為充分發揮水利樞紐應有的作用和功能，在總布置時，應當嚴格遵循以下原則：

1）充分滿足水利樞紐各建筑物在總體布置上的要求，保證各建筑物可以按照具體設計標準正常運行，并避免各構筑物之間的相互影響和干擾。

2）盡量保證一個構筑物可以發揮多種功能和用途，實現臨時構筑物和永久性構筑物相互結合，以獲得最大的經濟效益。

3）取水構筑物、輸水構筑物等要盡量布置在用水側，以保證運行的可靠性和取水質量。

4）要盡量減少連接構筑物的長度，降低水頭損失和工程投資。進水口和出水口的水流保證平順性，出水口要保證流暢性。

5）全面結合導流統一規劃，以便充分滿足工程導流需求。

通常情況下，在水利樞紐設計總布置時，上述五條很難同時滿足，特別灌溉用水構筑物和飲用水構筑物等對水流中泥沙含量有非常嚴格的要求。因此，具體布置時必須有效解決好各構筑物之間存在的矛盾，保證綜合效益[1]。

3 水利樞紐設計的總布置

3.1 樞紐布置要點

壩址及其構筑物的型式選擇及樞紐布置時，要盡量做到施工便捷、工期短、造價低。并充分滿足各建筑物在及結構布置要求，保證在任何工況下都能正常工作。同時也要滿足各構筑物強度、穩定性的要求，以便最大限度上降低總造價和實際運行費用的要求。保證水利樞紐中每個構筑物的布置緊湊、有效，并盡量將相同構筑物布置到一起，以降低連接構筑物布置。

盡可能促使水利樞紐中的一部分構筑物能夠早起投產，盡早發揮效益，如：提前蓄水、灌溉等。水利樞紐的布置外觀要盡量和周圍環境相互協調，在保證美觀性的前提下，注意美觀性。

3.2 各構筑物布置思路

第一，擋水壩布置。擋水壩的主要作用是攔截水流，形成水庫，要盡量布置在河岸兩側。

第二，溢流壩布置。水利樞紐中溢流壩的主要作用是泄洪，其中溢流壩前方要和上游來水相互匹配，而下游出口方向則要盡量和主流槽水流方向相互一致。溢流壩要盡量布置在相對完整且堅硬的巖基之上[2]。為降低泄水水流對其他構筑物造成的影響，需要在溢流壩和其他構筑物之間合理布置導墻，沖沙孔要盡量布置在出水口附近，高程也要盡量滿足水利樞紐運行后期運行的需求。

第三，泄水底孔的主要作用釋放水庫中的存水，便于及時維護檢修，排放泥沙，減少水庫淤積，通常情況不做泄洪使用。

3.3 大壩布置

按照本水利樞紐的實際用水需求，為緩減該地區缺水情況，水庫正常蓄水水位按照“最大程度利用水資源”和“以需定供”的原則布置。在工程建設投資資金允許和水庫蓄水安全的前提下，擴大建設規模，以滿足該地區農作物灌溉和飲用水的實際需求。本工程大壩為混凝土面板堆石壩，大壩壩頂高程為1112.1 m，河床段趾板最低處高程為1098.6 m，最大壩高為37.6 m，壩頂最寬處為8 m，壩頂總長度為164.8 m，上游、下游的壩坡坡比都是1∶1.2。

趾板主要布置在面板周邊，為混凝土結構，是大壩面板的底座，防滲帷幕灌漿承壓板，和面板相互作用，組成壩基之上的防滲體。為提升防滲效果，保證大壩施工質量，本工程趾板采用“X”線布置，基礎巖性為灰白白云巖，河床段趾板基礎作用在強風化巖體之上，兩岸壩趾板則作用在強風化中上部巖體之上，開挖線為平直的斜坡狀[3]。本水庫工程大壩高度較小，只有37.6 m。可按照《混凝土面板堆石壩設計規范》進行布置，趾板混凝土等級為C25，厚度為0.4 m，寬度為4.5 m，抗滲漏等級不低于W8，抗凍等級為F100，通過錨桿固定在基巖之上，錨桿直徑為25 mm，長度4.5 m，間距2.0 m左右。

3.4 溢洪道布置

按照本工程現場施工條件，溢洪道可利用右岸天然沖溝地形布置，在沖溝最前方為相對平緩的山地地形，比水庫正常蓄水水位高8.0 m左右。水庫兩岸地形高程在1086.4 m～1143.5 m之間，為保證水庫工程在后期運行安全性，嚴格按照此原則布置溢流道[4]。溢洪道布置時可選擇設閘和不設閘兩種方式，就案例工程實際情況而言，規模比較小，選擇不設閘布置方式也可以滿足要求，因此為最大限度降低土石方開挖量，降低開挖邊坡高度，可采用流量系數比較大的駝峰堰泄洪。盡管平底寬頂堰比低實用堰的流量系數小,但是由于前者的淹沒系數和閘墩側收縮系數均比后者大,因而宣泄相同的流量時,平底寬頂堰的閘前水位仍然比低實用堰低，因此，為滿足泄洪的需求，本工程布置了環型溢洪道，由環型堰、消力井兩部分組成。與豎井式溢洪道相比其少了漸變段、豎井、彎管，增加了消力井。其消能機理是，經過引渠引入的水流，進入環型堰進口時，在環型堰曲線下端形成高速射流，脫離環型堰壁后，挾帶空氣射入消力井中，與消力井的水墊相互碰撞消能。

溢洪道主要由進水渠、溢流堰、泄洪槽、消能工等結構共同組成，總長度超過150 m，按照區域年降雨量，最大泄洪量需要達到78.6 m3/s才能滿足要求。因此，在設計中，溢洪道要盡量呈現漸擴式轉彎布置，并不設閘駝峰堰，溢流凈寬度為32 m。在水庫右岸上壩公路橋墩上隔分4個孔，每孔寬度為6.0 m，溢流道末端連接泄洪槽，總長度為146.8 m，為保證泄洪效率，分4段布置，從近到遠，依次為漸變段、緩坡段、立面轉彎段、陡坡段，并在泄洪槽末端連接反弧挑坎消能工[5]。

3.5 放空隧洞和取水管布置

放空隧洞由導流洞改建而成，通過放空隧洞取水，實現導流隧洞、放空隧洞、取水隧道相互結合，布置在右岸壩肩和溢洪道之間，總長度為104 m，為典型城門洞型，寬度為4.0 m，高度為4.6 m，按照無壓洞設計原則合理布置。在放空隧洞底板右側設置一根取水管，為有壓水取水方式，此種布置方式，不但可以發揮構筑物應有的功能，而且還能保證水庫供水量，達到節能降耗的效果。為保證取水效率，取水管管徑1.0 m，布置到放空隧洞右側，一直延伸到下游洞之外，再引到提水泵站。

3.6 提水泵站和高位水池布置

提水泵站主要布置在大壩下游右岸約120 m處的平緩地帶，設計提水流量為1.2 m3/s，揚程不小于34.5 m，按照本工程地質條件，主泵和副泵呈現“一”字布置，共布置3臺取水水泵，兩用一備，水泵規格為：型號250QJ，揚塵在15 m～700 m之間，葉輪結構為封閉式葉輪，流量在50 m3/h～200 m3/h之間，保證提水流量不小于0.4 m3/s。高位水池布置在水庫右壩肩的山頭上，原始地貌高程為1226.6 m，地基為白云巖，本工程高位水池的平面尺寸為5 m×20 m，深度為5.5 m，蓄水量為550 m3，水池底板、邊墻都由鋼筋混凝土砌筑，頂部通過鋼筋混凝土蓋板防護[6]。

工程平面布置圖見圖1。

圖1 工程平面布置圖

4 結語

通過對某水利樞紐設計的總布置的思路及方案進行分析探討，提出大壩、溢流道、放空隧洞和取水管、提水泵站和高位水池等建筑物的布置方案，工程建成至今，運行穩定。水利樞紐設計布置具有很強的綜合性和系統性，在具體布置時，需要綜合考慮多個方面，每個構筑物地質情況清楚明了，幾乎不存在影響成庫和構筑物的重大地質問題。并且施工條件比較好，降低了施工的難度和投資成本，可供同類工程參考借鑒。樞紐中各建筑布置緊湊，有利于充分發揮樞紐的綜合效益，在保證布置效果的基礎上降低建設成本，提升經濟效益。