某水庫工程防洪建筑物布設(shè)方案分析

白西杰

（河南水利投資集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000）

1 項(xiàng)目概況

此水庫控制流域面積36.40 km2，大壩右岸設(shè)進(jìn)水口經(jīng)引水建筑物至壩后電站，尾水接灌區(qū)總干渠，總干渠末端樁號(hào)0+910處設(shè)倒虹管后分為左右干渠，并在柏林支渠尾端接壓力前池和壓力管道引水建水電站。電站廠房位于壩軸線下游約470 m的河流右岸榨油房處，廠區(qū)位于河道左岸。

2 防洪建筑物對(duì)河段造成的影響分析

利用設(shè)計(jì)流域地形、地質(zhì)及暴雨資料分析，采用雨洪途徑推求工程河段設(shè)計(jì)洪水，通過水文分析計(jì)算并結(jié)合數(shù)學(xué)模型確定水庫工程對(duì)河段行洪的影響。

對(duì)壩區(qū)下游河段，由于河道坡度較陡，沿河兩岸住戶、耕地稀少，其生活、生產(chǎn)用水均取自各分散泉及溪溝水。一方面，通過水庫筑壩蓄水，在一定程度上削減了上游洪峰流量，對(duì)下游河道防洪更為有利；另一方面，通過水庫攔蓄上游來水，下游河道流量將有所減少，對(duì)下游河道生態(tài)用水造成一定影響。在枯水及干旱斷流期間，下泄必要的生態(tài)流量8.60×10-2m3/s，因此，水庫工程的建設(shè)對(duì)壩區(qū)下游河段造成的影響甚微。

3 壩址、壩型選擇

3.1 壩址選擇

壩址方案比選表明，從地質(zhì)條件上看，上、下壩址基本相當(dāng)，地形條件上，上壩址相對(duì)優(yōu)越。從工程布置上看，上壩址重力拱壩布置緊湊，壩身表孔溢流，但下游岸坡處理及左壩頭高邊坡支護(hù)工程量大。下壩址采用泄洪洞泄洪，出口距下游壩腳約100 m，施工及運(yùn)行相互干擾小，工程布置上各有優(yōu)點(diǎn)；從施工條件上看，由于上、下壩址上部地形均較陡，施工條件差異不大。從對(duì)自然環(huán)境影響的角度看，上壩址河谷較窄，壩體混凝土量及開挖量較小，對(duì)自然環(huán)境的影響相對(duì)較小。從淹沒角度考慮，上壩址方案淹沒投資比下壩址省1 747.59 萬元，但上壩址方案將淹沒已成的花鹽井水庫。從投資上看，下壩址比上壩址節(jié)約投資約5 601.88萬元。

因此，下壩址具有一定優(yōu)勢，推薦下壩址為選定壩址，為充分利用上游已建成的水庫，項(xiàng)目工程考慮與其聯(lián)合運(yùn)行。

3.2 壩型選擇

根據(jù)壩址區(qū)地形、地質(zhì)條件和壩址區(qū)附近天然材料等方面的實(shí)際情況，水庫在壩型選擇中主要對(duì)混凝土面板堆石壩、拋石重力壩兩種壩型方案進(jìn)行比選。

經(jīng)過分析比較，在地形、地質(zhì)條件上堆石壩的適應(yīng)性更強(qiáng)；在工程運(yùn)行上2 個(gè)方案基本相當(dāng)；在工程布置、施工條件上重力壩略優(yōu)；在工期上，堆石壩比重力壩較長。綜合比較，擬定的混凝土砌塊石重力壩和混凝土面板堆石壩各有優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)上均可行。但拋石重力壩方案比混凝土面板堆石壩方案工程投資多9 310.38 萬元。因此，對(duì)于項(xiàng)目而言，混凝土面板堆石壩是一種最合適的壩型，推薦采用混凝土面板堆石壩方案。

4 工程總體布置

4.1 擋水建筑物的布置

擋水建筑物壩頂高程682 m，防浪墻頂高程683 m，最大壩高確定為96.50 m，壩頂寬8m，壩頂全長222 m。上游鋼筋混凝土面板共分21塊，其中左、右兩岸每塊寬6 m，共5塊；其余部分每塊寬12 m，共14塊；另外在左、右壩頭各布置一邊塊，寬度分別為5.96 m 和5 m。鋼筋混凝土面板壩上、下游坡比均為1∶1.40，下游壩坡設(shè)4級(jí)馬道，高程分別為591、613、636、659 m，馬道寬均為2 m，大壩最大底寬300.75 m。鋼筋混凝土面板頂部高程為680.77 m，頂部厚度為0.30 m，底部最大厚度為0.59 m，趾板寬度按水頭及所處地段地質(zhì)條件分為6 m、5 m和4 m，厚度為0.50 m，用φ28 mm、間距2 m的錨筋將趾板錨固于基巖上，錨入巖石長4 m。面板塊之間設(shè)垂直縫，面板與趾板之間設(shè)周邊縫，縫內(nèi)設(shè)止水。上游壩面河床段620 m高程以下及兩岸640 m高程以下設(shè)有上游鋪蓋區(qū)和蓋重區(qū)。

4.2 溢洪道布置

溢洪道布置在右岸，采用無壓泄洪洞+消能臺(tái)階方案。進(jìn)水口布置在右岸壩前的沖溝右側(cè)，其中心線與壩軸線正交，溢洪道由閘室、泄槽及消力池3部分組成，全長529.20 m。

4.2.1 閘室布置

閘室采用開敞式，溢流堰采用2 m 高WES 曲線型實(shí)用堰，堰頂上游面由雙圓弧組成，下接冪曲線。堰頂高程674 m，前緣凈寬25 m。閘室孔口尺寸（3-7）m×6 m，孔口設(shè)3 扇弧形工作門，采用液壓式啟閉機(jī)啟閉。不設(shè)檢修門。溢洪道控制段閘墩頂部設(shè)5 m寬交通橋。

4.2.2 泄槽布置

泄槽段軸線全長536.93 m，其中無壓隧洞長368.89 m，泄槽凈寬從控制段末端向下游延長10 m后由25 m收縮至7 m，收縮段長54 m，隧洞斷面采用城門型，全斷面采用C25 混凝土現(xiàn)澆；臺(tái)階擴(kuò)散陡槽段長130.20 m，首端底寬7 m，末端底寬22.75m，邊墻擴(kuò)散角3°，底板坡度分別為1：1.70和1：3，泄槽采用矩形斷面，底板厚0.50 m，邊墻采用衡重式擋土墻，邊墻和底板均采用C25混凝土澆筑，邊墻高度根據(jù)泄槽內(nèi)的水面線確定。

4.2.3 消力池布置

消力池采用等寬22.75 m，長45 m，池深4 m。護(hù)坦底板高程579.60 m，底板厚1.50 m，護(hù)坦頂以上導(dǎo)墻高9.50 m，導(dǎo)墻采用C20 混凝土衡重式擋墻。消力池護(hù)坦下設(shè)Φ100 排水孔，間距3 m，梅花形布置。消力池后設(shè)20 m 長海漫，海漫寬度與消力池相同，海漫厚0.30 m，C15拋石澆筑。

4.3 壩后電站引水建筑物布置

壩后電站引水建筑物布置于河流右岸，由進(jìn)水口、壓力引水隧洞和壓力管道三部分組成。進(jìn)水口采用岸塔式，位于易家溝下游側(cè)，塔總高49.60 m，分上、中、下三層取水。壓力隧洞為圓形，全長702 m，縱坡i=2‰，設(shè)計(jì)引用流量3 m3/s，洞內(nèi)徑1.80 m，沿河流右岸山體內(nèi)布置，隧洞進(jìn)、出口底板高程分別為636.20 m、634.80 m。隧洞末端通過長度為2.50 m的錐管漸變至1.20 m后直接與壓力鋼管相接。

壓力鋼管采用聯(lián)合供水方式，主管內(nèi)徑1.20 m，長110.32m，敷設(shè)角為15.95～46.89°，進(jìn)廠支管直徑為0.80 m，長2.00×9.82 m。為滿足灌區(qū)的需水要求，主管經(jīng)長2.50 m 的錐管漸變至0.60 m后，延伸至于廠房下游側(cè)總干渠內(nèi)，在其末端設(shè)置控制放水流量的錐形閥1 件。電站停機(jī)時(shí)，飲用水流通過錐形閥消能后直接進(jìn)入總干渠。

4.4 壩后電站廠房布置

壩后電站廠房位于攔河壩軸線下游約470m的河流右岸榨油房處。電站主廠房長30 m，寬12.50 m，高16.20 m（含地下部分）。廠內(nèi)裝2 臺(tái)臥式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，間距12.50 m，水輪機(jī)安裝高程606 m。副廠房建筑面積162 m2，位于主廠房上游側(cè)，僅一層。副廠房內(nèi)布置機(jī)旁盤及低壓開關(guān)室、主變壓室、工具間、機(jī)修間和值班室。2 臺(tái)機(jī)組的尾水均由尾水渠分別引入總干渠。

5 水電站

水電站主要由壓力前池、壓力管道和廠區(qū)樞紐組成，壓力鋼管與位于右干渠支渠尾端的壓力前池連接，廠區(qū)位于河道左岸。

壓力前池位于河道下游河段左岸斜坡中上部單一的緩坡地形上，由漸變段、池身段、溢流堰及泄水渠、進(jìn)水室、沖砂管五部分組成。前接柏林支渠引水隧洞出口，后接壓力管道進(jìn)口。電站設(shè)計(jì)引用流量2×0.30 m3/s，前池長約24.80 m，最大寬度7.50 m；前池正常水位為590.50 m，總?cè)莘e約為740 m3。

壓力鋼管從壓力前池順山脊布置至電站廠區(qū)，聯(lián)合供水設(shè)計(jì)流量0.60 m3/s。主管內(nèi)徑0.70 m，支管內(nèi)徑0.50 m，壁厚6～14 mm；月牙肋岔管直徑0.72 m，壁厚16 mm。鋼材均為Q235C。壓力鋼管主管全長1 146.38 m，支管均采用埋管形式，其中1#支管長24.04 m，2#支管長32.12 m。主管沿線按地形地質(zhì)條件分為18段，最大傾角為42.16°，最小傾角為7.26°。鋼管沿線設(shè)置鎮(zhèn)墩18個(gè)，間距24.16～94.65 m，高差10.07～50 m。

水電站廠區(qū)包括主、副廠房、尾水渠、廠區(qū)防洪河堤等。主廠房長25.20 m，寬10.50 m，高13.96 m，地坪高程195.50 m。內(nèi)裝兩臺(tái)1 000 kW水輪發(fā)電機(jī)組，間距8.40 m。安裝高程196.14 m。

6 其他建筑物布置

主廠房上游側(cè)布置調(diào)速器、進(jìn)水閥等，下游側(cè)為交通道。副廠房為單層地面結(jié)構(gòu)，分別位于主廠房上游側(cè)和上游端。6.30 kV開關(guān)室、機(jī)旁盤和廠用電室位于主廠房上游游側(cè)，地坪高程195.50 m。電站水輪機(jī)組為沖擊式，尾水道采用無壓暗渠型式全部埋于廠房和廠區(qū)內(nèi)。每條尾水道寬1.10 m，高2 m，底坡i=1%，長10.80 m。底板、邊墻、頂板均采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2 臺(tái)機(jī)組尾水引出廠房后匯入映陽河。沿原河道流勢修建長約150 m的防洪河堤。

7 結(jié)語

此水庫是以農(nóng)業(yè)灌溉、灌區(qū)農(nóng)村飲水為主，兼顧發(fā)電等綜合開發(fā)任務(wù)的中型骨干水庫。對(duì)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)能力，發(fā)展生態(tài)高效農(nóng)業(yè)，解決臨江鎮(zhèn)供水與灌區(qū)農(nóng)村人、畜飲水，維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定及發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，改善電力緊缺問題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，都具有重要作用。