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(fā)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(jié)合工程特性，嚴格按照河流來水來沙量，地形地質(zhì)及各構(gòu)筑物的安全等級，經(jīng)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(tài)環(huán)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(qū)回水長度3.26 km，為年調(diào)節(jié)水庫。

2 水利樞紐設計總布置原則

為充分發(fā)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(gòu)筑物之間的相互影響和干擾。

2）盡量保證一個構(gòu)筑物可以發(fā)揮多種功能和用途，實現(xiàn)臨時構(gòu)筑物和永久性構(gòu)筑物相互結(jié)合，以獲得最大的經(jīng)濟效益。

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

4）要盡量減少連接構(gòu)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(jié)合導流統(tǒng)一規(guī)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(gòu)筑物和飲用水構(gòu)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(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)筑物強度、穩(wěn)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(gòu)筑物的布置緊湊、有效，并盡量將相同構(gòu)筑物布置到一起，以降低連接構(gòu)筑物布置。

盡可能促使水利樞紐中的一部分構(gòu)筑物能夠早起投產(chǎn)，盡早發(fā)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(huán)境相互協(xié)調(diào)，在保證美觀性的前提下，注意美觀性。

3.2 各構(gòu)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(cè)。

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(gòu)筑物造成的影響，需要在溢流壩和其他構(gòu)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(qū)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(guī)模，以滿足該地區(qū)農(nóng)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(jié)構(gòu)，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(zhì)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?？砂凑铡痘炷撩姘宥咽瘔卧O計規(guī)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?jié)B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(xiàn)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(guī)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(shù)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(shù)小,但是由于前者的淹沒系數(shù)和閘墩側(cè)收縮系數(shù)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(huán)型溢洪道，由環(huán)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(jīng)過引渠引入的水流，進入環(huán)型堰進口時，在環(huán)型堰曲線下端形成高速射流，脫離環(huán)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(jié)構(gòu)共同組成，總長度超過150 m，按照區(qū)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(xiàn)漸擴式轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)導流隧洞、放空隧洞、取水隧道相互結(jié)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(cè)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(fā)揮構(gòu)筑物應有的功能，而且還能保證水庫供水量，達到節(jié)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(cè)，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(zhì)條件，主泵和副泵呈現(xiàn)“一”字布置，共布置3臺取水水泵，兩用一備，水泵規(guī)格為：型號250QJ，揚塵在15 m～700 m之間，葉輪結(jié)構(gòu)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(jié)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(wěn)定。水利樞紐設計布置具有很強的綜合性和系統(tǒng)性，在具體布置時，需要綜合考慮多個方面，每個構(gòu)筑物地質(zhì)情況清楚明了，幾乎不存在影響成庫和構(gòu)筑物的重大地質(zhì)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(fā)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(jīng)濟效益。