水利工程中泄水建筑物設計原則及方案選擇

楊 平

(貴州劍江控股集團有限公司, 貴州 黔南 558000）

水利樞紐工程中的泄水建筑物設計尤為重要，泄洪方案的選擇要結合壩區地形地質條件、消能方式、庫區淹沒情況、下游防洪要求等因素進行比選，泄水建筑物尺寸選擇、形式設計都需要結合工程實際，選擇最佳的方案，才能保障工程的運行安全。

近年來，我國高度重視水利水電工程建設，在相關政策和資金方面給予了大力支持。在具體規劃和建設項目中，嚴格按照國家有關法律法規進行操作。在初步設計階段，水利水電工程的重要性主要包括以下幾個方面：1） 水利水電工程各階段嚴格遵守國家有關法律法規確保研究報告的可行性，加強管理，并對水利水電工程的各種信息進行詳細調查。在初步設計階段，具體的項目規劃區域，地質環境和氣候條件如現場調查，在條件允許的情況下，在水利水電工程施工前，可以進行模擬試驗，可以仔細觀察整體模擬實驗，并為水利水電工程記錄和組織生成的數據信息。為今后的建設和實施提供科學依據；2） 可根據水利水電工程的要求設計，采用先進技術，既節約成本，又保證了整體實施效果。在此基礎上，合理設計了水利水電工程的各個方面；3） 在設計階段，應對工程造價和現場施工進行嚴格分析，不容忽視，其對整體工程規劃和施工有重要影響。

1 水利工程中泄水建筑物方案選擇

泄水建筑物在設計時，除了應滿足穩定和強度要求外，還要滿足因泄水帶來的系列要求，包括:

1） 具有足夠的孔口體形尺寸和較高的流量系數，以使之具有足夠的溢流能力；2） 應具有良好的孔口體形，以使水流平順地過壩，不產生有害的負壓、震動和空蝕等；3）保證下游河床不產生危及壩體安全的局部沖刷；4） 溢流壩段在樞紐中的位置，應使下游水流流態平順，不產生折沖水流，不影響樞紐中的其他建筑物的正常運行；5） 又靈活?可靠的下泄水流控制設備，如閘門啟閉機等

2 大河水庫泄水建筑物的選擇

大河水庫工程樞紐主要由大壩樞紐工程、輸水工程組成。水庫正常蓄水位891.50m，校核洪水位896.16m，總庫容4376.00 萬m3，水庫年設計供水量6438.20 萬m3。壩型為混凝土雙曲拱壩，最大壩高為105m，壩身可過水，壩址處500 年一遇洪峰下泄流量為804.0 m3/s，50 年一遇洪峰下泄流量為506.0m3/s，30 年一遇洪峰下泄流量為441m3/s，壩址處河床寬度35m。

根據上述原則，水庫泄洪初步考慮以下三種方案:1） 泄洪表孔單獨泄洪；2） 泄洪表孔與底孔聯合泄洪；3） 利用導流洞改造成泄洪兼沖沙洞，與泄洪表孔聯合泄洪。方案一從樞紐布置上最簡單，但汛期水庫水位較高，壩體工程量較大;方案二考慮沖沙底孔聯合泄洪，可適當降低大壩高度，但壩址處河床受下游左岸崩塌體的影響，樞紐布置比較擁擠，底孔尺寸受到地形限制，其分擔的下泄流量有限:方案三下泄能力最大，可最大程度降低大壩高度，但改造導流洞工程量大，且導流洞出口高程較低，工作門布置難度大，且由于河床下游束窄，出口水舌將沖擊對岸，影響岸坡穩定。經綜合分析比較，河床寬度為38m 下泄單寬為29.47m3/s·m，單寬流量不大，下游河床巖石堅硬，抗沖刷性較好，從節省投資和方便運行管理等角度考慮，優先采取方案一。

根據泄流能力及洪水流量確定表孔規模，并對表孔布置及計算后，確定比較方案為自由溢流和設閘孔方案。

方案一：自由溢流方案；壩頂高程898.00m，壩底高程795.00m，最大壩高103.0m（不含墊層），壩頂全長332.2m，壩體分左、右岸擋水壩段和河床溢流壩段，其中，溢流壩段長49.84m，左、右岸擋水壩段分別長177.04m 和105.28m，拱冠處壩頂寬度6m、壩底寬30m。泄水建筑物布置在河床中部，表孔每孔凈寬10m，溢流前沿總寬40m，堰頂高程同正常蓄水位高程為891.50m.溢流堰面按冪曲線y=0.153888×1.85 與下游反弧段相接，溢流堰原點上游用橢圓與上游坡相接，橢圓曲線方程為x2/12002+（y-700）2/7002=1。閘墩厚度從上游開始向下游逐漸縮窄，中墩由2.5m 漸變為1.5m，4 表孔最大下泄流量為804m3/s。采用挑流消能方式，挑流鼻坎高程885.78m，反弧半徑為9m，挑射角15°。下游設水平護坦與河道銜接，長25m。

方案二：設閘孔方案；溢流壩段34m，左、右岸擋水壩段分別長176.71m 和116.98m 拱冠處壩頂寬度6m、壩底寬28m。泄水建筑物布置在河床中部，表孔每孔凈寬8m，溢流前沿總寬24m，堰頂高程為887.0m，孔口尺寸8mX4.5m（寬X 高），共3 孔，每孔設一扇弧形工作門，各用一臺液壓啟閉機。溢流堰面按冪曲線y=0.117399x1.85 與下游反弧段相接，溢流堰原點上游用橢圓與上游坡相接，橢圓曲線方程為x2/12002+（y-700）2/7002=1。3 表孔最大下泄流量為848m3/s。采用挑流消能方式，挑流鼻坎高程890.95m，反弧半徑為9m，挑射角15°。下游設水平護坦與河道銜接，長25m。

方案比選：方案一比方案二投資多465 萬元，占工程投資的0.7%，主要基于以下兩點，選擇了方案一作為該工程的泄洪方案。1） 壩址處為橫向谷，左岸坡下游發育有BT5 崩塌體緊貼拱壩左壩肩下游，雖然設計擬采取抗滑樁、樁間連系梁及加筋土結構等措施進行邊坡治理，但水庫建成后，該崩塌體在大壩泄洪濺水（水霧） 等外部作用下，可能對穩定產生不利影響，而方案二單寬流量更大、挑流更遠，形成水霧更強，對崩塌體穩定更不利；2） 大壩下游即為都勻市的河道旅游區，夏季河道內戲水游客較多且分散，采用閘門泄洪將給預警和疏散帶來極大難度，增加安全隱患和運行管理成本。

3 結語

水利工程在人們的生產生活中發揮著不可替代的作用，其無時不刻都在為人們提供服務，在長期運行過程中，由于受到水體中流速、砂礫、細沙等因素，不可避免的對泄水建筑物等設施造成磨蝕等破壞，影響水利工程的正常使用。必須高度重視水利工程中泄水建筑物設計，及時采取科學的措施進行處理，保證水利工程的安全性。