水庫溢洪道改造工程方案設計簡述

■安普太

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西 太原030024）

水庫溢洪道改造工程方案設計簡述

■安普太

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西 太原030024）

建設左權城鄉(xiāng)水源保護和環(huán)境改善示范工程項目，示范項目主要涉及清漳河源頭水源保護、清漳河河道綜合治理、供水系統(tǒng)和水污染控制、水源管理改善和機構能力建設多方面內(nèi)容。本項目通過完善溢洪道控制閘工程，并局部調(diào)整水庫運行方式，可在水庫不降低原防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、供水等任務下，增加水庫年供水量。本文對溢洪道布置方式、堰型確定等方面進行必選確定方案。

石匣水庫溢洪道方案比選

1 工程概況

左權縣石匣水庫位于海河流域南運河水系清漳西源中游，地處左權縣城西北約9km的石匣村北。水庫始建于1959年11月，1960年攔洪蓄水運行，是一座以防洪為主兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)供水、發(fā)電、養(yǎng)殖的中型水庫。樞紐工程包括：主壩、副壩、開敞式溢洪道、輸水洞、導流洞和電站。2016年5月《石匣水庫調(diào)整汛限水位專題研究設計報告》審查批復結論為將現(xiàn)狀汛限水位由1139.5m提高至1142.5m，需進行泄洪設施完善。

2 溢洪道布置方案比選

現(xiàn)狀溢洪道布置在大壩左岸，為正槽溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段組成，溢洪道全長255.1m?？刂贫螢閷掜斞撸挥诖髩巫蟀督煌ü皹蛳掠?7m處。堰頂高程（橡膠壩底高程）1139.50m，堰頂寬20.0m，堰上布置1座橡膠壩，橡膠壩頂高程1142.5m。控制段后為縱坡1/500的泄槽段，長度165.5m，末端設消能段，長度為23.6m，采用挑流式消能工。除控制段高程1143.50m以下為矩形斷面以外，其余部分為梯形斷面，底寬17m，邊坡1:0.3，高程1146.80m以下為鋼筋混凝土襯砌結構，以上為漿砌石襯砌。

依據(jù)《石匣水庫調(diào)整汛限水位專題研究設計報告》及批復文件，水庫特征水位改變后，現(xiàn)狀溢洪道進口橡膠壩一方面無法滿足水庫正常運行要求，另一方面現(xiàn)狀橡膠壩又存在局部破損老化、運行不方便、無法檢修等因素，因此本次設計拆除橡膠壩，新建溢洪道進口控制閘室。

根據(jù)現(xiàn)狀溢洪道地形條件及進口建筑物布置情況，本次設計控制段可布置在溢洪道進口處交通橋上游也可以在現(xiàn)有橡膠壩位置。交通拱橋位于樁號Y0+016.0，若設計控制段閘室布置在進口處交通橋上游時（樁號Y0+000.0），存在以下不利影響：

（1）距離交通橋太近，設計閘室與現(xiàn)狀交通橋發(fā)生干擾，需拆除現(xiàn)有交通橋并重新修建，且在施工過程還需搭建通往大壩的臨時交通橋，造成投資加大；

（2）閘基防滲與主壩帷幕灌漿難以封閉，現(xiàn)有主壩帷幕灌漿位于（樁號Y0+028.0）閘室下游，閘室揚壓力不能降低，對閘室穩(wěn)定不利，同時還可能存在繞壩滲流問題；

（3）從地質(zhì)方面，越靠近庫區(qū)基巖面越低，基礎處理深度增加，費用增大。

綜合以上因素，溢洪道控制段閘室本次設計仍布置在現(xiàn)有橡膠壩位置，即將現(xiàn)有橡膠壩拆除，就地新建控制閘室，布置8.0m寬2孔閘門，閘室上游設平板事故檢修鋼閘門、下游設弧形工作鋼閘門，閘室上部布置檢修平臺和啟閉機室。

（4）工程投資比較：新建閘室布置在上游方案和現(xiàn)橡膠壩位置重建閘室方案工程綜合項目及投資比較可知，現(xiàn)橡膠壩位置重建閘室方案比上游方案投資節(jié)省約108萬元。

該工程溢洪道控制閘方案位置比選綜合以上因素，推薦在現(xiàn)橡膠壩位置重建閘室方案。

3 建筑物選型

3.1 溢洪道堰型確定

溢洪道控制段堰型可選用開敞式或帶胸墻孔口式的實用堰、寬頂堰、駝峰堰等型式。從水庫運行和溢洪道現(xiàn)狀條件分析，溢洪道現(xiàn)狀控制段為寬頂堰，堰頂高程1139.5m，水庫汛限水位調(diào)整后，正常蓄水位和汛限水位均為1142.5m，另外，水庫有防洪任務，20年一遇洪水需要限泄，因此需要設閘門控制水庫水位。在堰頂高程相同的前提下，實用堰和駝峰堰較寬頂堰泄流能力大，但開挖及填筑工程量較大，施工放線相對復雜。經(jīng)洪水調(diào)節(jié)計算，現(xiàn)狀溢洪道泄流能力可滿足水庫防洪要求，采用寬頂堰方便與現(xiàn)狀溢洪道銜接，工程量小，施工簡便，投資最??；另外考慮到溢洪道閘門攔擋的最高水位為防洪高水位，擋水高度不大，因此溢洪道控制段采用開敞式寬頂堰。

3.2 溢洪道控制閘型式確定

溢洪道控制閘門型式主要有平板鋼閘門、弧形鋼閘門、橡膠壩、鋼壩閘等。橡膠壩存在安全性、可靠性差，長期暴露在室外宜老化，泄洪時容易被樹枝等尖銳漂浮物劃傷破壞，使用壽命短等缺點；鋼壩閘雖然能克服橡膠壩的這些特點，但是鋼壩閘運行操作靠布置在閘室一側的液壓傳統(tǒng)設備通過底部轉動軸來實現(xiàn)關閉，設計需在一側布置較大的啟閉機室，需要一套液壓系統(tǒng)，工程開挖量大，液壓系統(tǒng)宜出故障，任何一側都不具備布置啟閉室的條件。所以，本項目主要從平板鋼閘門和弧形鋼閘門進行比較。

（1）建筑物布置：為了使泄洪時水流順暢，避免控制段兩側大量開挖，布置2孔閘室較為適宜，弧形閘門和平板閘門在布置條件上相當，但平板閘門比弧形閘門方案上部排架高度高，所以采用弧形閘門方案較為優(yōu)越。

（2）泄流能力：根據(jù)建筑物布置條件可知，閘孔尺寸為2×8m，兩方案閘孔尺寸相同，僅閘門型式不同，流量系數(shù)有點不同，但是相差不大。根據(jù)計算成果可以看出，當滿足下游防洪要求進行限泄時，平板閘門方案比弧形閘門開度大；當水位超過訊限水位，閘門全開時候，平板閘門方案與弧形閘門方案均可滿足泄洪要求，兩方案泄流能力無明顯區(qū)別。

（3）運行管理：平面閘門具有結構簡單，閘門制作、安裝、管理、維護簡單易行的特點，但平面閘門方案也存在一些不利因素：①平面閘門在運行過程中存在小開度時閘門容易發(fā)生振動問題；②壩頂需設置較高的啟閉平臺，不便于啟閉機的維護管理，工程量偏大；③泄洪時因有門槽導致水流條件較差，高速水流易引起閘墩門槽處混凝土空蝕空化問題?；⌒伍l門恰可避免平面閘門上述不利的因素。另外，弧形閘門適宜大孔口溢流，有利于閘門的靈活調(diào)度運用，更能提高溢流壩泄洪設備的運行可靠性?；⌒伍l門方案主要缺點是弧形閘門支鉸較低，泄大洪水時，弧形閘門支鉸易受到水流及漂浮物的沖擊。但考慮“山西左權城鄉(xiāng)水源保護和環(huán)境改善示范項目”中對水庫上游同時進行水源涵養(yǎng)保護工程，該項目完成后，壩址以上河段漂浮物將大大減少，支鉸承受短時間的水流沖擊，對其正常使用的影響甚小，設計將支鉸布置在1145.5m高程處（略低于閘下20年一遇防洪高水位1146.29m），即可避免常遇洪水水流及漂浮物對支鉸的沖擊影響，故從運行管理條件看，弧形閘門方案較優(yōu)。

（4）啟閉設備：平板閘門設計通常采用滑動和滾動輪支撐，弧形閘門采用支臂同門葉相連，支鉸轉動為滾動形式，平板閘門計算啟門力較弧形閘門偏大，選用啟閉機容量也偏大，投資也大。

（5）工程綜合項目及投資比較：平板閘門方案和弧形閘門方案工程綜合項目及投資估算比較可知，弧形閘門方案比平板閘門方案節(jié)省約105萬元。

通過以上分析，該工程溢洪道控制閘型式采用弧形閘門方案從平面布置、泄流條件、運行管理、維護檢修及工程投資等方面均優(yōu)越與平板閘門方案，故推薦采用弧形閘門方案。

TV[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-440-1

安普太（1983～），男，2006年畢業(yè)于河海大學農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)，工程師。