梁河水庫泄洪建筑物方案比選

邱海娟

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況

梁河水庫工程位于莊浪縣通化鄉(xiāng)梁河村，工程區(qū)距莊浪縣城約30 km。該水庫為城區(qū)供水水源，水庫供水對象為莊浪縣楊河、趙墩、南湖、通化4 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村安全飲水。梁河水庫總庫容為165.4 萬m3，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（1）型，水庫大壩等主要建筑物按4 級設(shè)計，次要及臨時建筑物按5 級設(shè)計。工程主要由攔河壩、泄洪兼導(dǎo)流洞、引水建筑物等組成。從左岸向右岸依次為上壩公路、擋水壩、豎井式溢洪及泄洪兼導(dǎo)流洞，輸水管設(shè)于泄洪洞底板以下。水庫正常蓄水位2183.60 m，校核洪水位2184.4 m；最大壩高41.7 m。

2 泄洪建筑物型式選定

2.1 泄洪建筑物選型原則

針對已選擇的均質(zhì)土壩方案，考慮到本工程泄洪建筑物需具有泄洪、放空、施工期導(dǎo)流、下游消能防沖等功能，還要滿足工程施工和運(yùn)行要求；泄水建筑物應(yīng)運(yùn)用靈活可靠，其泄洪能力必須滿足宣泄設(shè)計洪水和校核洪水要求；泄水建筑物的布置和形式，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件和泄洪規(guī)模、水頭大小和防沙要求等綜合比較后選定；泄水和引水建筑物進(jìn)出口附近的壩坡和岸坡，應(yīng)有可靠的防護(hù)措施。出口應(yīng)采取妥善的消能措施，并使消能后的水流離開壩腳一定距離；泄水建筑物宜布置在岸邊巖基上。

2.2 泄洪建筑物設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)按30 a 一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)的洪峰流量為60.1 m3/s，300 a 一遇洪水校核，相應(yīng)的洪峰流量146 m3/s。下游消能防沖建筑物的洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為20 a 一遇，相應(yīng)的洪峰流量為48.2 m3/s。

2.3 泄洪建筑物孔口尺寸確定

針對已選擇的均質(zhì)土壩方案，根據(jù)地貌、地質(zhì)、泄水建筑物泄洪規(guī)模及泄洪建筑物選型原則，對梁河水庫工程泄水建筑物型式擬定兩種方案，即河岸式側(cè)槽溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪方案（方案一）、豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合泄洪方案（方案二）。

1）河岸式側(cè)槽溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪方案

由于右岸山體坡度較陡，臺地較多，覆蓋層深，不適宜布置溢洪道。河岸式側(cè)槽溢洪道布置于左岸，由側(cè)向溢流堰、泄槽段（含漸變段）、底流消能段組成。溢流堰采用開敞式側(cè)向溢流型式，堰型為WES 實(shí)用堰，堰頂高程2183.65 m，堰寬25 m。

泄洪兼導(dǎo)流洞布置在右岸，為無壓城門洞形隧洞，由塔式進(jìn)水口、漸變段、洞身段和出口消能段等組成。塔式進(jìn)水口閘室為帶胸墻的底孔泄水建筑物，閘孔尺寸2.5 m×2.4 m（寬×高）。

該方案梁河水庫工程遭遇洪水時由河岸式側(cè)槽溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪，根據(jù)擬定的溢洪道孔口寬度和泄洪沖沙洞孔口尺寸進(jìn)行調(diào)洪驗(yàn)算，調(diào)洪計算結(jié)果見表1。

表1 調(diào)洪計算成果表

2）豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合泄洪方案

豎井式溢洪道和泄洪洞均布置于右岸，豎井式溢洪道由環(huán)形溢流堰、過渡段、豎井段、消能段、出水隧洞段及出口消能段等組成。泄洪兼導(dǎo)流洞由塔式進(jìn)水口、漸變段、洞身段和出口消能段等組成。豎井式溢洪道環(huán)形溢流堰、過渡段、豎井段、消能段布置于泄洪洞塔式進(jìn)水口兩側(cè)，與泄洪洞塔式進(jìn)水口形成整體，其后通過漸變段，豎井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二為一，相互結(jié)合。

該方案梁河水庫工程遭遇洪水時由豎井式溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪，豎井式溢洪道進(jìn)水喇叭口采用三面自由溢流實(shí)用堰，堰頂高程2183.65 m，單側(cè)堰長23.5 m，塔式進(jìn)水口閘室為帶胸墻的底孔泄水建筑物，閘孔尺寸2.5 m×2.4 m（寬×高）。

根據(jù)擬定的豎井式溢洪道堰長和泄洪洞孔閘室孔口尺寸進(jìn)行調(diào)洪驗(yàn)算，調(diào)洪計算結(jié)果見表2。

表2 調(diào)洪計算成果表

根據(jù)上述計算成果，兩種泄洪方案均能滿足宣泄設(shè)計洪水和校核洪水要求，下泄流量均能滿足水庫對洪水的調(diào)蓄范圍，并將設(shè)計洪水安全下泄。綜合分析認(rèn)為，兩種泄洪方案選定的泄洪建筑物孔口尺寸均是合適的。

2.4 泄洪建筑物方案比較和選定

1）河岸式側(cè)槽溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪方案

①河岸式側(cè)槽溢洪道布置

河岸式側(cè)槽溢洪道布置于左壩肩山體上，由側(cè)向溢流堰、泄槽段（含漸變段）、底流消能段組成，總長243.04 m。溢流堰采用開敞式側(cè)向溢流型式，堰型為WES 實(shí)用堰，堰頂高程為2183.65 m，堰寬25.00 m。溢洪道軸線和壩軸線夾角為90°，泄槽段前段坡比為1∶50，后段坡比為1∶2.05，泄槽寬5 m。泄槽采用箱體結(jié)構(gòu)，出口消能方式為底流式消能。消力池長40 m，池寬8 m，池深2.5 m，池內(nèi)設(shè)輔助消能工兩排，池后用四面體防護(hù)。

上壩管理道路布置在南河左岸，從梁河村莊村口沿南河左岸通至大壩頂，上壩管理道路長1.38 km，路面寬4.5 m，采用砂礫石路面。溢洪道與上壩管理道路均布置于左岸，左岸山坡開挖量大，對植被破壞大，并且開挖后需高邊坡防護(hù)。

②泄洪兼導(dǎo)流洞布置

泄洪兼導(dǎo)流洞布置在右壩肩山體內(nèi)，為無壓城門洞形隧洞，由塔式進(jìn)水口、洞身段和出口消能段等組成?？傞L385.01 m，其中：塔式泄洪閘段長18 m；隧洞洞身段長312.01 m；隧洞出口漸變段及消能段長55 m。隧洞縱坡設(shè)計采用1/11.5，隧洞進(jìn)口底板高程2160.00 m，隧洞出口底板高程2132.93 m。隧洞為無壓城門洞，洞寬3.6 m，洞高3.8 m。塔式進(jìn)水口閘室長18 m，寬5.5 m，閘孔尺寸2.5 m×3.3 m（寬×高），采用平板閘門，由塔頂卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉，胸墻后設(shè)工作閘門一道，孔口尺寸2.5 m×2.4 m（寬×高），采用弧形閘門。塔式進(jìn)水口墩頂高程2186.70 m，閘室與管理道路間采用跨度11 m 的T 形梁橋連接。隧洞出口接長度為15 m 的漸變段，坡度同隧洞縱坡一致。漸變段末端設(shè)消能工，消能方式為底流消能。消力池長40 m，池寬10 m，池深3.0 m，池內(nèi)設(shè)輔助消能工兩排，池后通過10 m長漸變段接泄洪渠，泄洪渠為梯形斷面，采用細(xì)粒C20 砼砌塊石護(hù)砌，泄洪渠長147 m，其后采用四面體防護(hù)。

2）豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合方案

豎井式溢洪道和泄洪洞均布置于右岸，豎井式溢洪道由環(huán)形溢流堰、過渡段、豎井段、消能段、出水隧洞段及出口消能段等組成。泄洪兼導(dǎo)流洞由塔式進(jìn)水口、漸變段、洞身段和出口消能段等組成。豎井式溢洪道進(jìn)水溢流堰、過渡段、豎井段、消能段布置于泄洪洞塔式進(jìn)水口兩側(cè)，與泄洪洞塔式進(jìn)水口形成整體，其后通過漸變段將豎井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二為一。

豎井式溢洪道進(jìn)水喇叭口采用三面自由溢流實(shí)用堰，堰頂高程2183.65 m，岸塔單側(cè)堰長23.5 m，豎井式溢洪道進(jìn)水喇叭口橫斷面為矩形，開口尺寸（長×寬）為13.4 m×5.05 m，底部尺寸（長×寬）為7.284 m×2 m，進(jìn)水環(huán)堰段高0.86 m，漸變段長14.49 m，豎井深8.3 m，豎井底高程2160.00 m。塔式進(jìn)水口泄洪閘段長18 m，寬5.5 m，進(jìn)水口底高程2160.00 m，閘室為帶胸墻的底孔泄水建筑物，胸墻前設(shè)有檢修門一道，閘孔尺寸2.5 m×3.3 m（寬×高），采用平板閘門，由塔頂卷揚(yáng)式啟閉機(jī)進(jìn)行啟閉，胸墻后設(shè)工作閘門一道，孔口尺寸2.5 m×2.4 m（寬×高），采用弧形閘門。

豎井式溢洪道與泄洪洞塔式進(jìn)水口后接漸變段與泄洪洞相接，漸變段長35 m，并設(shè)有長5 m 的導(dǎo)流墩將水流平順的導(dǎo)入泄洪洞，隧洞洞身段長277.01 m；隧洞出口漸變段及消能段長60 m。隧洞縱坡設(shè)計采用1/11.5，隧洞進(jìn)口底板高程2160.00 m，隧洞出口底板高程2132.87 m。隧洞為無壓城門洞，洞寬3.6 m，洞高4.6 m。隧洞出口接長度為15 m 的漸變段，坡度同隧洞縱坡一致。漸變段末端設(shè)消能工，消能方式為底流消能。消力池長45 m，池寬10 m，池深3.0 m，池內(nèi)設(shè)輔助消能工兩排，池后通過10 m 長漸變段接泄洪渠，泄洪渠為梯形斷面，采用細(xì)粒C20 砼砌塊石護(hù)砌，泄洪渠長142 m，其后采用四面體防護(hù)。

上壩管理道路布置在南河左岸，從梁河村莊村口沿南河左岸通至大壩頂，上壩管理道路長1.38 km，路面寬4.5 m，采用砂礫石路面。左岸僅布設(shè)上壩管理道路，對左岸山坡開挖量小，且開挖后不存在高邊坡，僅對邊坡3 m～5 m 高范圍防護(hù)即可。

3）投資比較

根據(jù)地形地質(zhì)條件，方案一河岸式側(cè)槽溢洪道布置在左岸，泄洪洞排沙洞布置在右岸；方案二豎井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二為一，布置在右岸。兩種組合運(yùn)行方式的工程量及投資比較表3。

表3 方案一、方案二主要工程量及投資比較表

從表3 建筑工程投資可以看出，方案一建筑投資3288.90 萬元，方案二建筑投資3142.37 萬元，方案二較方案一投資少146.53 萬元。

從地質(zhì)角度來看，方案一由于溢洪道通過左岸壩線下游約100 m 處發(fā)育為土石混合小型塌滑體，不利于溢洪道布置，并且溢洪道部分坐落于碎石土上，需換填處理。方案二由于豎井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二為一，布置于右岸山體內(nèi)，不存在塌滑體問題。

從施工和環(huán)境保護(hù)角度來看，方案一溢洪道布置在左岸且植被茂密，加之上壩管理道路布置在左岸，不僅土方開挖量大，開完邊坡高，防護(hù)投資大，而且對植被的破壞較嚴(yán)重，方案二由于豎井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二為一，布置于右岸山體內(nèi)，洞線仍沿方案一泄洪洞洞線布置，對植被破壞很小。

綜上，本工程推薦方案二，即豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合技術(shù)方案。

3 結(jié)語

本次選定河岸式側(cè)槽溢洪道和泄洪洞聯(lián)合泄洪方案（方案一）、豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合泄洪方案（方案二）兩種進(jìn)行初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，從地質(zhì)條件、施工和環(huán)境保護(hù)角度看，方案二均優(yōu)于方案一，且方案二較方案一投資少146.53 萬元。

經(jīng)綜合比較，本工程推薦豎井式溢洪道和泄洪洞合二為一相互結(jié)合泄洪方案（方案二）。該種布置形式在國內(nèi)沒有工程先例，可為今后類似受地形條件限制的水庫工程泄洪建筑物布置提供經(jīng)驗(yàn)支持。需要注意的是此種泄洪建筑物布置方案下泄洪洞進(jìn)口段水流流態(tài)較為復(fù)雜，需進(jìn)行專門研究。