青山水庫工程溢洪道消能建筑物優(yōu)化設(shè)計

(遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110003)

1 工程概況

遼寧省葫蘆島市青山水庫工程壩址位于葫蘆島市綏中縣西臺村，壩址以上控制面積1650km2，占全流域的54%。工程由青山水庫樞紐工程及輸水工程組成。青山水庫樞紐位于六股河干流中游，是《六股河流域規(guī)劃》中確定的六股河干流上控制性骨干工程。

青山水庫總庫容6.61億m3，為大(2)型水庫，Ⅱ等工程。水庫設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000年一遇。工程的主要任務(wù)是以城市供水、防洪為主，兼顧改善流域下游農(nóng)業(yè)供水條件以及生態(tài)環(huán)境等綜合利用。青山水庫解決葫蘆島市城市工業(yè)與生活用水不足問題，同時提高六股河中下游地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善六股河流域下游枯水期及葫蘆島市的生態(tài)環(huán)境。

青山水庫死水位68m，正常蓄水位85.7m，防洪限制水位85.7m，興利庫容3.06億m3，2020年設(shè)計水平年青山水庫多年平均供水量為8580.9萬m3，其中，向葫蘆島市調(diào)水6179.2萬m3，供流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)需水194.5萬m3，補(bǔ)償水庫壩下環(huán)境水量2207.2萬m3。水庫建成后，可將下游綏中縣城的防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到50年一遇，使水庫下游兩岸防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20年一遇。

青山水庫工程主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道和輸水洞。根據(jù)地形地質(zhì)條件，主壩布置在主河道，壩型為黏土心墻砂礫石壩，壩頂高程為96.29m，壩頂長735.63m，最大壩高42.79m，壩頂寬度為7.00m；5孔溢洪道布置在距主壩右岸約350m處的山埡口上，溢流總凈寬57.50m，堰體采用駝峰堰型式，堰頂高程76.0m，堰高3m；在嶺后分水嶺處布置副壩，副壩壩型為粉質(zhì)黏土均質(zhì)壩，副壩壩頂高程為97.25m，壩長125.22m，最大壩高12.35m，壩頂寬為5.0m；輸水洞布置在主壩左岸的條形山脊內(nèi)，長度為313.66m，成洞洞徑為2.8m，取水流量為3.76m3/s。

青山水庫向葫蘆島市輸水工程線路總長71.022km，輸水工程設(shè)計規(guī)模為17.1萬m3/d，工程最大輸水能力為20.86萬m3/d。

青山水庫建設(shè)總工期為44個月，工程靜態(tài)總投資為27.65億元，其中樞紐工程投資3.95億元，輸水工程投資4.71億元，移民占地、環(huán)境及水保投資18.99億元。貸款利息0.61億元，工程總投資28.26億元。

2 設(shè)計變更原因

遼寧省水利工程建設(shè)技術(shù)審核中心對《葫蘆島市青山水庫工程初步設(shè)計報告》進(jìn)行審查時，溢洪道水工模型試驗尚在進(jìn)行中，審核中心在《葫蘆島市青山水庫工程初步設(shè)計報告審查意見》中要求“下階段應(yīng)結(jié)合水工模型試驗優(yōu)化溢洪道消能建筑物及防護(hù)工程設(shè)計”。大連理工大學(xué)為青山水庫溢洪道消能工共進(jìn)行了28個方案的模型試驗，其中初設(shè)報告中的消能方案在發(fā)生校核洪水時，在出口50m范圍內(nèi)，河床沖后的高程大部分在37.4m以下，沖刷比較嚴(yán)重，需增加泄槽長度并在泄槽中增加輔助消能工。

因模型試驗與初步設(shè)計報告中的消能工結(jié)構(gòu)型式不一致，所以溢洪道消能工型式需按試驗成果進(jìn)行修改。

3 模型試驗結(jié)論

a.當(dāng)閘門全開時，在校核洪水位下，弧形閘門的門鉸剛好淹沒。

b.當(dāng)閘門開度分別為1m、3m和5m時，在部分庫水位下，弧形閘門前有不太穩(wěn)定的漩渦產(chǎn)生，呈時有時無狀態(tài)，對泄水建筑物的危害不大?？傮w來說，閘門局部開啟時的泄流流態(tài)良好。

c.溢洪道寬為67.5m時，在設(shè)計洪水位91.8m和校核洪水位95.4m下實測的泄流量分別為6162.88m3/s和8382.35m3/s，比設(shè)計流量6128m3/s大34.88m3/s(0.569%)，比校核流量8073m3/s大309.55m3/s(3.832%)。

d.實測壓強(qiáng)顯示，閘門全開時，在各庫水位下，溢洪道底板沿程壓強(qiáng)分布比較合理，沒有負(fù)壓產(chǎn)生。在T型墩表面和側(cè)面的部分測點出現(xiàn)了負(fù)壓(負(fù)壓最大值2.893m H2O)，但負(fù)壓的絕對值不大，滿足規(guī)范要求。

e.在各庫水位下，溢洪道加輔助消能工后，其過流能力沒有改變。

4 消能建筑物優(yōu)化設(shè)計

4.1 初步設(shè)計報告中溢洪道消能設(shè)計

青山水庫溢洪道工程由進(jìn)口引渠、堰體控制段、陡槽及出口明渠段和出口防護(hù)工程五部分組成。堰體采用a型駝峰堰[見《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL 253—2018)圖表A.1.5]，堰頂高程76.0m，堰高3.0m，堰長31.0m，堰前后底板高程均為73.0m，底板厚為3.0m。溢洪道控制段樁號YU0+012.000～YD0+019.000，控制段總長31m。樁號YD0+019.000～YD0+079.000m為60m長的泄槽段，起點底高程73.0m，末端底高程為71.0m，邊坡為1∶1，底坡為1/30，底寬為67.50m。泄槽座落在強(qiáng)風(fēng)化巖石上，槽底為鋼筋混凝土護(hù)砌，厚2m，末端設(shè)齒墻，嵌入弱風(fēng)化巖石下4m，以防淘刷。兩側(cè)為混凝土護(hù)坡，厚度0.5m。

4.2 消能建筑物優(yōu)化設(shè)計

大連理工大學(xué)為青山水庫溢洪道消能工共進(jìn)行了28個方案的模型試驗，消能工型式包括在消力池中設(shè)不同高度、不同間距的消力坎、分流墩、T型墩，并對不同溢流總凈寬進(jìn)行了模型試驗。根據(jù)水工模型試驗報告，綜合考慮消能效果與投資，最終選擇了第27方案。

該方案為將初設(shè)報告中的泄槽長度由60.0m增加至72.0m，泄槽段底坡由1/30放緩為1/36，泄槽起點和末端底高程仍為73.0m和71.0m。泄槽中增加兩排T型墩，T型墩長9.00m，翼板寬6.00m、厚3.00m，腹板厚3.00m、長6.00m，第一排T型墩共5個，起始樁號為YD0+040.000，頂高程為78.64m，第二排T型墩共6個，起始樁號為YD0+080.800，頂高程為77.51m，兩排T型墩交錯布置。在泄槽下游增加18m長的跌坎，跌坎深度為6m，頂高程65.0m。跌坎末端齒墻深入微風(fēng)化巖2.0m，底高程51.0m，底寬2.0m，上游邊坡1∶0.5，下游為直立坡，齒墻垂直水流方向兩側(cè)各深入基巖15m，齒墻底寬為97.5m，左右邊坡為1∶1，在65.0m高程處，齒墻寬度為125.50m。溢洪道過流時，以向下游沖刷為主，向兩側(cè)及反向淘刷的作用相對較弱。根據(jù)模型試驗成果，各頻率下沖坑上游坡比最緩為1∶2.25，下游坡比最緩為1∶4.22，在50年一遇洪水位下，該方案溢洪道出口前沖坑的最低高程為44.78m，距溢洪道出口距離為41.6m，沖坑上游坡比為1∶2.0，下游坡比為1∶4.72，左坡比為1∶3.14，右坡比為1∶7.48，溢洪道出口前河床沖后的高程在54.98m左右。沖刷高程均高于跌坎末端齒墻底高程51.0m，溢洪道是安全的。校核洪水時，沖坑距溢洪道出口距離為190.80m，跌坎末端齒墻底高程為51.0m，根據(jù)模型試驗及工程類比，弱風(fēng)化巖沖刷坡比約為1∶3，齒坎處沖刷高程均高于51.0m，所以在校核洪水時，溢洪道是安全的。溢洪道布置見圖1。

圖1 溢洪道平面圖(單位：m)

5 結(jié) 語

在各庫水位下，溢洪道加輔助消能工后，其過流能力沒有改變。在校核洪水時，沖坑距溢洪道出口距離為190.80m，溢洪道控制段是安全的。