金盧水庫大壩泄水建筑物自由溢流與建閘方案比選

劉蒙娜，耿昕，張藝

（河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450016）

1 工程概況

金盧水庫以防洪、供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和發(fā)電。壩址距盧氏縣城約60 km，控制流域面積3 596 km2。水庫建成后可將盧氏縣防洪標(biāo)準(zhǔn)從20年一遇提高至30年一遇，為城區(qū)提供8 000萬m3水量，滿足800 hm2農(nóng)田灌溉，年發(fā)電量3 346萬kW·h；對來水進(jìn)行豐枯調(diào)節(jié)，改善生態(tài)環(huán)境，為水庫下游河道提供穩(wěn)定基流。

金盧水庫為中型水庫，水庫工程等別為Ⅲ等，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇。水庫正常蓄水位700 m，汛期限制水位696 m。1 000年一遇洪峰流量6 800 m3/s，需要大壩泄洪設(shè)施有較大的過流能力，設(shè)計方案的優(yōu)化選擇尤為重要。大壩設(shè)置了表孔泄流+底孔泄流的方案，既結(jié)合了表孔泄洪超泄能力強(qiáng)的優(yōu)點，又可以利用泄洪底孔降低汛期前庫水位和汛期沖沙。當(dāng)水庫遇最大洪峰流量時，溢流壩段表孔泄洪量可達(dá)總泄洪量的72%，因此溢流堰設(shè)計方案對工程有重大作用。

2 工程布置

金盧水庫樞紐主要有碾壓混凝土重力壩、壩后電站，左岸導(dǎo)流洞及下游跨洛河橋等組成。碾壓混凝土重力壩根據(jù)工程運用要求分為擋水壩段、溢流壩段、泄洪孔壩段和輸水發(fā)電孔壩段，其中溢流壩段和泄洪孔壩段相鄰布置在主河床位置。

壩頂長度291 m，壩頂高程707.40 m，防浪墻頂高程708.60 m，建基面高程633.80 m，最大壩高73.60 m，共分11個壩段。

溢流壩段在河床中部布置，分為8＃、9＃、10＃壩段，壩段長度為30.50 m+29.50 m+30.50 m，總長度90.50 m，布置5孔溢流表孔，每孔凈寬12 m，溢流堰堰頂高程696 m。泄洪孔壩段布置在7＃壩段，底部布置有兩孔并聯(lián)泄洪孔，兼顧放空作用。擋水壩段在河床兩側(cè)布置，分為1?！?＃、6＃、11＃壩段。輸水發(fā)電孔布置在5＃壩段底部，進(jìn)口設(shè)進(jìn)水塔，洞徑4 m，在5#壩段下游約260 m左右布置水能發(fā)電站。

3 泄洪方案比選

3.1 自由溢流方案比選

溢流堰采用挑流消能型式，要求挑流鼻坎后水舌能充分?jǐn)U散和摻氣?？紤]下游河道寬度有限，現(xiàn)狀河道底寬110～140 m左右，溢流面寬度過大不利于水能消散，折沖水流會對大壩安全造成影響。溢流壩段左側(cè)還需布置泄洪孔壩段，常遇洪水由泄洪底孔宣泄，而壩址區(qū)洛河主河槽覆蓋層較厚，泄洪底孔泄洪時沖坑深度較大，對左岸邊坡穩(wěn)定及輸水發(fā)電鋼管等建筑物布置不利。初步選定溢流堰凈寬60 m方案較適宜。

為保證水庫正常蓄水位700 m，自由溢流方案堰頂高程確定為700 m，考慮消能需要，在汛限水位696 m方案基礎(chǔ)上，擬定了48 m、60 m、84 m三種不同溢流堰凈寬度方案。自由溢流方案不同溢流凈寬洪水調(diào)節(jié)結(jié)果見表1，各方案主要工程投資對比見表2。

表1 自由溢流方案不同溢流凈寬洪水調(diào)節(jié)成果表

表2 自由溢流方案主要工程投資對比表 單位：萬元

不同溢流寬度對工程量影響較小，由于溢流堰采用挑流消能型式，要求挑流鼻坎后水舌能充分?jǐn)U散和摻氣，才能保證消能效果?？紤]下游河道寬度有限，現(xiàn)狀河道底寬140 m左右，溢流壩段左側(cè)7#壩段布置有泄洪孔，左岸5#壩段布置有輸水發(fā)電孔，大壩下游260 m處布置有水能發(fā)電站。因此，溢流面寬度過大不利于水能消散，折沖水流會對大壩及左岸建筑物安全造成影響。自由溢流各方案征遷線均受20年一遇水位控制，征遷線影響范圍均涉及陜西省，溢流堰寬度過窄對征遷水位影響較大，征遷范圍涉及陜西境內(nèi)較多，協(xié)調(diào)難度大。從投資對比來看，堰寬48 m方案由于水位較高投資較大；堰寬84 m方案泄洪孔貼近左岸灘地，最大沖刷深度達(dá)22 m左右，對左岸輸水發(fā)電孔引水管道及電站影響較大，左岸防護(hù)措施增加較多，投資較大；堰寬60 m方案投資較為合適。綜上所述，初步選定溢流堰凈寬60 m較適宜。

3.2 建閘方案比選

建閘方案同樣擬定了48 m、60 m、84 m三種不同溢流堰凈寬度方案進(jìn)行對比。溢流堰頂高程定為696 m，與汛期限制水位持平。建閘方案不同溢流凈寬洪水調(diào)節(jié)結(jié)果見表3，各方案主要工程投資對比表見表4。

表3 建閘方案不同溢流凈寬調(diào)洪演算成果表

表4 建閘方案主要工程投資對比表 單位：萬元

由上述對比表可看出不同溢流寬度對工程量影響較小，溢流面寬度過大不利于水能消散，折沖水流會對大壩及左岸建筑物安全造成影響。建閘方案在溢流堰寬度較窄的48 m方案下征遷范圍受20年一遇水位控制，征遷線影響范圍涉及陜西省，溢流堰寬度過窄對征遷水位影響較大，協(xié)調(diào)難度大。另外兩方案征遷范圍受正常蓄水位控制，征遷影響范圍不涉及陜西省。從投資對比來看，堰寬48 m方案由于水位較高投資較大；堰寬84 m方案泄洪孔貼近左岸灘地，最大沖刷深度22 m左右，對左岸輸水發(fā)電孔引水管道及電站影響較大，左岸防護(hù)措施增加較多，投資較大。綜上所述，建閘方案與不建閘方案同樣選定溢流堰凈寬60 m較適宜。

建閘及不建閘方案均以對比初步選定溢流堰凈寬60 m方案從工程投資、運行管理等方面進(jìn)行比較。①工程投資。根據(jù)對比成果，溢流堰凈寬60 m建閘方案主要工程量投資112 546萬元，建閘方案較無閘門控制自由泄流方案壩頂高程降低3.70 m，堰頂高程降低4 m。建閘方案較無閘門控制自由泄流方案主要工程投資減少約6 709萬元，對工程投資有較大影響。②運行管理。無閘門控制自由泄流方案，水庫運用期不用閘門控制水位，操作比較簡單，水庫泄流不需要人為控制，后期管理難度較低，但壩高增加較多，投資較大。建閘方案，在非汛期需通過泄洪孔和溢流堰閘門共同調(diào)節(jié)，維持正常蓄水位。水庫非汛期需人為控制，根據(jù)來流情況確定泄流大小，后期管理較復(fù)雜，可通過制定較嚴(yán)格的閘門管理運用辦法進(jìn)行運維管理。③移民征遷。不建閘方案水庫正常蓄水位為700 m，汛限水位為696 m，5年一遇洪水位696 m，20年一遇洪水位703.58 m。征地水位按700.50 m，居民點搬遷水位按703.58 m，工程建設(shè)征地面積同建閘方案，搬遷人口比建閘方案多186人，專項設(shè)施中的Y017鄉(xiāng)道淹沒影響長度比建閘方案多約500 m，移民征遷投資為63 107萬元，較建閘方案增加約1 008萬元。

4 結(jié)論

綜上可知，建閘方案較自由泄流方案投資少，淹沒范圍不跨省，移民征遷難度及投資低。故選擇溢流堰凈寬60 m，單孔凈寬12 m的建閘方案?？蔀轭愃乒こ烫峁﹨⒖?。