喀麥隆曼維萊水電站泄洪方式設(shè)計(jì)與探討

彭小川 劉玉璽 林德金 赫慶彬

喀麥隆曼維萊水電站泄洪方式設(shè)計(jì)與探討

彭小川 劉玉璽 林德金 赫慶彬

喀麥隆曼維萊水電站位于非洲熱帶雨林地區(qū)，洪水標(biāo)準(zhǔn)高。本工程設(shè)置了主溢洪道、泄洪沖沙閘和輔助溢洪道聯(lián)合泄洪，有效保證了工程的泄洪能力，也使得工程面對(duì)一般洪水情況下有較靈活的泄洪方式。

曼維萊水電站 泄洪方式 主溢洪道 輔助溢洪道 泄洪沖沙閘

1 工程概況

喀麥隆曼維萊水電位于喀麥隆共和國(guó)南部大區(qū)恩特姆省境內(nèi)，攔河壩位于恩特姆河上，電站采用引水徑流式開發(fā)，工程的主要任務(wù)是發(fā)電，最大引水流量450 m3/s。水庫總庫容為1.3億m3，電站裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)容量52.75 MW，總裝機(jī)容量211 MW。工程主要建筑物由首部擋水和泄水建筑物以及位于工程區(qū)左岸的引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。首部樞紐壩頂高程395.0 m，壩頂總長(zhǎng)約1 800 m，其中攔河壩長(zhǎng)約1 608 m，泄洪沖沙閘及主溢洪道長(zhǎng)86 m，輔助溢洪道長(zhǎng)106 m。泄洪沖沙閘和主溢洪道共6孔，布置于左岸主河槽，輔助溢洪道共8孔，布置于右岸主河槽，泄水建筑物上、下游布置翼墻以及消力池、護(hù)坦與原河床和兩側(cè)壩體連接。

2 設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)法國(guó)柯恩貝利爾公司給出的洪水系列，采用P-Ⅲ型頻率分析方法對(duì)壩址處尼亞貝桑站洪水進(jìn)行了復(fù)核。對(duì)于溢洪道設(shè)計(jì)洪水，10 000年一遇洪水流量的選取要根據(jù)壩型情況確定。如果是土壩，至少要選取期望頻率流量，或者甚至是可靠界限的上限值，如果不能準(zhǔn)確估算可能最大洪水，可靠界限的上限值可以取至99%。在以往工程設(shè)計(jì)中，當(dāng)降雨資料無法滿足PMF計(jì)算要求時(shí)，可將10 000年一遇設(shè)計(jì)洪水適當(dāng)加大作為PMF。本工程將10 000年一遇設(shè)計(jì)洪水適當(dāng)加大作為校核標(biāo)準(zhǔn)洪水。

項(xiàng)目實(shí)際洪水標(biāo)準(zhǔn)的確定原則上不低于前期可行性研究階段確定及合同規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而1993年可行性研究中確定將壩址處10 000年一遇洪水作為設(shè)計(jì)洪水來進(jìn)行攔河壩及泄水建筑物的設(shè)計(jì)；因此，綜合考慮曼維萊水電站泄水建筑物實(shí)際規(guī)模以及在喀麥隆國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用，洪水標(biāo)準(zhǔn)最終確定為：首部樞紐及電站廠房設(shè)計(jì)及校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為10 000年一遇洪水及10 000年一遇洪水加大20%，則壩址處相應(yīng)設(shè)計(jì)及校核洪峰流量為3 450 m3/s和4 140 m3/s；電站廠房尾水處相應(yīng)設(shè)計(jì)及校核洪峰流量為3 611 m3/s和4 333.2 m3/s。

3 泄洪布置原則

根據(jù)樞紐汛期泄洪排沙的要求及水庫運(yùn)行方式，本工程設(shè)置了2個(gè)溢洪道：主溢洪道和輔助溢洪道。其中主溢洪道與沖沙閘結(jié)合在一起布置，位于左岸主河槽，輔助溢洪道布置在右岸主河槽。

泄洪沖沙閘及主溢洪道緊接左岸連接壩和河心島心墻壩段布置，位于恩特姆河左岸主河槽上，分別為1孔帶弧門控制的平底寬頂堰和5孔帶弧門控制的實(shí)用溢流堰。

輔助溢洪道位于恩特姆河右岸主河槽上，兩側(cè)分別接河心島土壩段和右岸土壩段，為8孔無閘控溢流堰結(jié)構(gòu)。

本工程水庫正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位均為392.00 m，最低運(yùn)行水位391.50 m。泄水建筑物按照10 000年一遇洪水設(shè)計(jì)；按照10 000年一遇洪水加大20%校核。

泄水建筑物的運(yùn)用要求為：

(1)在正常運(yùn)行條件下的任何泄洪工況，水庫洪水全部由泄水建筑物宣泄。

(2)水庫有放空要求，泄水建筑物應(yīng)具備降低庫水位的能力，以便必要時(shí)對(duì)擋水建筑物進(jìn)行檢修。

(3)在一般洪水條件下，當(dāng)水庫來流量超過電站最大引用流量時(shí)，應(yīng)盡量避免因頻繁開啟泄水建筑物的閘門而帶來運(yùn)行操作上的不便或者因閘門操作失誤帶來的危險(xiǎn)。

(4)本工程泄洪沖沙閘除了沖沙功用之外主要還是作為泄洪建筑物來運(yùn)用。將泄洪沖沙閘的下泄流量控制在350～400 m3/s之內(nèi)，其余洪水主要通過主溢洪道下泄，以做到泄水建筑物的聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用以及泄水建筑物下泄單寬流量基本協(xié)調(diào)。

(5)除了水庫常遇洪水(2年一遇洪水1 250 m3/s)及100年一遇洪水條件下考慮電站4臺(tái)機(jī)運(yùn)行(最大引水流量450 m3/s)之外，其余條件下均不考慮機(jī)組引水發(fā)電參與下泄水庫洪水來設(shè)計(jì)泄水建筑物及其消力池的規(guī)模。

4 泄洪要求及安全評(píng)

樞紐過流建筑物包括：1孔帶弧門的泄洪沖沙閘、5孔帶弧門的主溢洪道和8孔無閘控輔助溢洪道。在非汛期天然來水流量小于電站機(jī)組發(fā)電流量，所有水流通過機(jī)組發(fā)電后進(jìn)入下游河道。根據(jù)泄水建筑物過流能力復(fù)核計(jì)算，在正常蓄水位392.00 m時(shí)，1孔泄洪沖沙閘的全開最大泄量為850 m3/s，5孔主溢洪道全開最大泄量為3 688 m3/s，總泄量達(dá)到4 538 m3/s，滿足樞紐的泄流能力需要。

在正常情況下，泄水建筑物泄洪運(yùn)行是可靠的。當(dāng)遇到泄水建筑物在運(yùn)行期出現(xiàn)故障，假定其中1孔不能正常運(yùn)用時(shí)，樞紐其余過流建筑物仍然可以滿足下泄設(shè)計(jì)洪水的泄洪要求。

5 泄洪沖沙閘和主溢洪道設(shè)計(jì)

泄洪沖沙閘及主溢洪道位于攔河壩左岸主河槽上，由上游連接段、沖沙槽、控制段、消力池段和海漫段等部分組成，上、下游總長(zhǎng)157.6 m。主溢洪道及泄洪沖沙閘左側(cè)上游與左岸連接壩連接，上游右側(cè)以扶臂式翼墻與土壩連接；下游左右側(cè)以扶臂式翼墻與岸坡及土壩連接。主溢洪道及泄洪沖沙閘控制段頂部設(shè)有公路橋與土壩和左岸平臺(tái)連接，形成貫穿壩頂?shù)慕煌?，上游?cè)布置有檢修疊梁門啟閉門機(jī)軌道，閘墩上布置液壓?jiǎn)㈤]機(jī)房。主溢洪道及泄洪沖沙閘控制段沿壩軸線緊湊布置在一起，采用閘室分縫的方式，其中泄洪沖沙閘1孔、主溢洪道5孔，孔口凈寬均為11.0 m，均為開敞式布置，泄洪沖沙閘及主溢洪道的堰頂高程分別為379.0 m和382.0 m，閘頂高程與土壩壩頂高程同為395.0 m。

6 輔助溢洪道設(shè)計(jì)

輔助溢洪道由上游連接段、控制段、下游連接段等部分組成，上、下游總長(zhǎng)110.0 m。輔助溢洪道上、下游左、右側(cè)均以扶臂式翼墻與土壩連接，輔助溢洪道控制段頂部設(shè)有公路橋與土壩壩頂連接，形成貫穿壩頂?shù)慕煌ā］o助溢洪道共8孔，孔口凈寬均為11.0 m，均為開敞式布置，溢流堰堰頂高程為392.0 m，與水庫正常蓄水位齊平，頂高程與土壩壩頂高程同為395.0 m。

輔助溢洪道布置在右岸主河槽上，其功用：第一，是在一般洪水條件下，當(dāng)水庫來流量超過電站發(fā)電引用流量時(shí)，多余的來水量通過輔助溢洪道自然下泄，保證有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的庫水位，以盡量避免因頻繁開啟泄洪沖沙閘或者主溢洪道的閘門而帶來的運(yùn)行操作上的不便或者因閘門操作失誤帶來的危險(xiǎn)；第二，是在水庫遇到超標(biāo)洪水的極端情況下，可以作為洪水的下泄通道，從而成為確保土壩安全的又一道安全防線和儲(chǔ)備；第三，通過參與水庫多余棄水下泄或者泄洪，可以避免壩址下游現(xiàn)狀河道右岸主河槽出現(xiàn)徹底斷流現(xiàn)象。

鑒于攔河壩及主溢洪道閘門均按照水庫正常蓄水位392.0 m作為設(shè)計(jì)條件，主溢洪道及泄洪沖沙閘閘頂高程為392.8 m，因此，當(dāng)水庫來流量超過電站發(fā)電引用流量時(shí)，多余的來水量通過輔助溢洪道自然下泄，水庫水位也隨之壅高，當(dāng)水庫水位壅高至392.5 m時(shí)，就需要通過開啟泄洪沖沙閘或者主溢洪道的閘門來下泄洪水。

7 結(jié) 語

(1)曼維萊泄流消能建筑物主溢洪道、泄洪沖沙閘和輔助溢洪道的布置充分利用了工程所在地原河道的2條支流布置，因地制宜。

(2)曼維萊泄流方式可以在有效保證抵抗設(shè)計(jì)和校核洪水條件下，在一般洪水下有效利用輔助溢洪道。

(3)曼維萊的泄流方式考慮檢修情況，閘門不能全部開啟時(shí)的留有安全裕度。

(4)面對(duì)非洲雨林地帶河流多泥沙和漂浮物的特點(diǎn)，設(shè)置合理的泄洪沖沙閘，解決淤積問題。

(5)本工程泄水建筑物的布置，有效地保證了極端情況下在主溢洪道1孔不能打開時(shí)的泄洪能力滿足泄洪標(biāo)準(zhǔn)，提高了泄洪的安全性和可靠度。

TV65

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1007-6980(2017)03-0023-02

彭小川 男 高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

劉玉璽 男 工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

林德金 男 教授級(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

赫慶彬 男 高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

2017-07-05)