江龍水庫泄洪消能建筑物設計

徐顯

摘 要：江龍水庫是江龍鎮(zhèn)農(nóng)村人畜飲水和灌溉用水理想的供水水源，為最大限度地發(fā)揮水庫供水功能和效益，合理確定泄水建筑物結構形式和控制泄洪流量尤為重要。通過詳細論證分析，計算成果表明：開敞式溢洪道方案與樞紐布置匹配性較好，各工況下泄流能力均滿足設計下泄流量要求。開敞式溢洪道泄洪方案布置合理，結構參數(shù)和底流消能均滿足規(guī)范要求。

關鍵詞：泄水建筑物;溢洪道;消力池;江龍水庫

中圖分類號：TV653文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0060-03

Abstract： Jianglong reservoir is an ideal water supply source for drinking water and irrigation water for rural people and livestock in Jianglong town. In order to maximize realize the reservoir water supply function and benefit， it is particularly important to determine the water discharge structural form and flood discharge control method. Through detailed demonstration and analysis， the calculation results show that the open spillway scheme well matches with the head junction layout， and the discharge capacity at each working condition can meet the design discharge requirements. The open spillway layout is reasonable， and the structural parameters and energy dissipation of underflow also can meet the standards requirements.

Keywords： discharge structure;spillway;stilling basin;Jianglong reservoir

1 工程概況

江龍水庫位于六志河上游，六志河屬珠江流域北盤江水系紅納河右岸一級支流，發(fā)源于江龍鎮(zhèn)與革利鄉(xiāng)交界地梁子上，河源高程1 645 m。江龍水庫工程任務為集鎮(zhèn)及農(nóng)村人、畜供水和灌溉。江龍水庫樞紐由擋水建筑物、泄水建筑物、取水（兼放空）建筑物等組成。水庫校核洪水位1 252.76 m，總庫容238萬m3;正常蓄水位1 250.00 m，相應庫容195萬m3。樞紐建筑物工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬小（1）型。水庫建設凸顯“水系民生、水系小康、水系和諧”的現(xiàn)代水利理念，對保障江龍集鎮(zhèn)、農(nóng)村人、畜飲水和水庫壩址至下游江龍鎮(zhèn)耕地灌溉用水具有積極作用。

2 工程開發(fā)任務

據(jù)鎮(zhèn)寧縣實測氣象資料統(tǒng)計，江龍水庫供水區(qū)域有三年一小旱、十年一大旱的特點，也有1962—1963、1986—1987、2009—2010年等連續(xù)干旱的情況。特別是2009年底至2010年5月，貴州省發(fā)生百年一遇的旱情，供水區(qū)域內災情嚴重，境內溪溝、泉點、水井基本干枯，完全依靠政府組織的車隊從境外拉水救災或村民自發(fā)地進行人挑、馬駝補給，以解決當?shù)厝诵笥盟畣栴}?？梢姡埣?zhèn)農(nóng)村人、畜飲水極為困難，缺乏穩(wěn)定的水源工程，急需加大水利投資，建設一批抗旱應急水源工程，保障極端氣候下當?shù)厝罕娬５纳a(chǎn)生活用水。興建江龍水庫能解決江龍集鎮(zhèn)用水，以及江龍鎮(zhèn)猛正、巖上、貓貓沖、楊柳及革利鄉(xiāng)棉花沖、板堯、瓦窯等村寨的農(nóng)村人、畜飲水和灌溉用水。江龍水庫水質較好，符合國家地表水環(huán)境質量標準的Ⅱ類水要求，是農(nóng)村人、畜飲水和灌溉用水理想的供水水源，因此，修建江龍水庫是非常有必要的。

3 壩址區(qū)工程地質條件

江龍壩址河谷為基本對稱“V”字型谷，壩址段河流流向為南北向，至下游沖溝交匯處后轉為北西向，河床寬2～30 m，高程為1 207.8～1 221.7 m。左岸為斜坡帶，地形坡度為30°～55°。右岸為一孤立山頭，頂部高程為1 266.2 m;山頭右側為一較寬緩沖溝，沖溝底部高程為1 218～1 244 m;右岸山頭與上游岸坡之間分布有埡口地形，埡口處地表高程為1 251.3 m，兩岸坡面以灌木林為主，右岸坡腳緩坡帶為農(nóng)田。壩址區(qū)出露為二疊系上統(tǒng)吳家坪組第二段（P3w2）、二疊系上統(tǒng)長興組第一段（P3c1）及第四系（Q）。壩址區(qū)發(fā)育革竅逆斷層F1，斷層面由上壩址左岸往下游右岸方向延伸，于下壩址與河床小角度斜交，上盤巖層產(chǎn)狀110°～122°∠40°～50°，下盤巖層產(chǎn)狀100°～131°∠14°～30°。壩基巖性為燧石灰?guī)r和泥質層理鈣質砂巖，均為較硬巖，其中，弱風化燧石灰?guī)r單軸飽和抗壓強度為45 MPa<[Rc]<55 MPa，屬BⅢ1類巖體;弱風化泥質層理鈣質砂巖單軸飽和抗壓強度為35 MPa<[Rc]<40 MPa，屬BⅣ1類巖體。

4 泄水建筑物設計

4.1 溢洪道結構布置

江龍水庫大壩為碾壓混凝土重力壩，泄洪建筑物設置為開敞式溢洪道，樁號為壩0+056.25 m～0+068.25 m，為不設閘單孔溢洪道[1]。溢流壩段典型剖面如圖1所示。

溢洪道布置于大壩中部，樁號為壩0+056.25 m～0+068.25 m，為不設閘單孔溢洪道。溢洪道堰頂高程為1 250.00 m，溢流凈寬為10.0 m。溢流面采用C30鋼筋混凝土結構，兩側設鋼筋混凝土導墻。溢流堰采用WES型實用堰，上游面采用橢圓曲線，長半軸[a]=0.667 m，短半軸[b]=0.383 m，下游冪曲線方程為[y=0.246x1.85]。溢流頭后接坡比1∶0.75的泄槽段，泄槽通過半徑為10 m的反弧段與消力池相接。消力池底板高程為1 207.50 m，消力池寬為10.0 m，底板采用厚度為1.0 m的C30二級配鋼筋混凝土，邊墻高7.5 m，頂寬1.0 m，為C30二級配鋼筋混凝土結構;消力池消能防沖按20年一遇洪水設計，[Q]=55.6 m3/s。消力池底板設置Φ25水泥砂漿錨桿，錨桿長4.5 m，間排距3.0 m，為降低揚壓力，考慮在消力池底板設置Φ100的排水孔，排水孔間排距為2.0 m，孔深為2.0 m。

4.2 泄水建筑物計算

4.2.1 泄流能力計算。溢洪道堰頂高程為1 250.00 m，堰型為WES實用堰，溢流凈寬為10.0 m。泄流能力按《混凝土重力壩設計規(guī)范》（SL 319—2018）推薦公式進行計算[2]，即

式中：[Q]為流量，m3/s;[b]為單孔寬度，取10 m;[n]閘孔數(shù)目，1孔;[m]為流量系數(shù);[c]為上游堰坡影響修正系數(shù);[ε]為閘墩側收縮系數(shù)，計算公式為式（2）;[σs]為淹沒系數(shù)，不淹沒時取1.0;[H0]為堰上總水頭，m。

其中，[ζ0]為中墩形狀系數(shù);[ζk]為邊墩形狀系數(shù)。

根據(jù)江龍水庫洪水調度方式，分析特征水位時下泄流量計算成果，如表1所示。

從表1可知，校核洪水位時，下泄流量[Q]=99.69 m3/s>[Q需校]=94.10 m3/s，設計洪水位時，下泄流量[Q]=62.12 m3/s>[Q需設]=61.40 m3/s，滿足泄洪要求，溢洪道結構尺寸設計合理。

4.2.2 泄槽水面線計算。按《溢洪道設計規(guī)范》（SL 253—2018）規(guī)定，泄槽上游接實用堰時，起始計算斷面水深[h1]小于臨時水深[hk]。分析得到校核工況下泄槽水面線及邊墻高度計算成果[3-6]，如表2所示。

4.2.3 消力池邊墻抗滑穩(wěn)定計算。消力池長度[L]=24.49 m，消力池等寬，結合消力池出口地形，設計消力池長度為25.0 m，最終消力池底板高程1 207.50 m，邊墻高7.5 m，邊墻頂部高程1 214.00 m。根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》（SL 253—2018），消力池底板抗滑穩(wěn)定復核計算公式為：

式中：[K]為按抗剪強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，規(guī)范要求，基本組合情況[K]≥1.05，特殊組合情況[K]≥1.00;[f]為邊墻混凝土與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，取0.35;[∑W]為作用于邊墻上的全部荷載對滑動平面的法向分值，kN;[∑P]為作用于邊墻上的全部荷載對滑動平面的切向分值，kN。

消力池邊墻抗滑穩(wěn)定計算成果如表3所示。

由表3可知，消力池邊墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

5 結論

①江龍集鎮(zhèn)的供水主要依靠母豬塘泉水，農(nóng)村基本依靠山澗出露的泉點，供水保證率低，水量得不到保障，飲水安全得不到保障。興建江龍水庫能解決江龍集鎮(zhèn)用水，以及江龍鎮(zhèn)猛正、巖上、貓貓沖、楊柳及革利鄉(xiāng)棉花沖、板堯、瓦窯等村寨的農(nóng)村人、畜飲水和灌溉用水。

②泄洪建筑物布置于大壩中部，論證分析和設計計算采用的開敞式溢洪道方案，各工況下泄流能力均滿足設計下泄流量要求，具有較高的技術可行性和經(jīng)濟優(yōu)越性。

③泄消能建筑物采用底流消能方式，各工況下消力池邊墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，邊墻抗滑穩(wěn)定性好。

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