桃源水庫工程溢洪道型式比選

胡 娟 劉 昊

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 長沙市 410014）

1 概 述

桃源水庫工程壩址位于湘江四級支流崔江河（峴田河）泗州鄉(xiāng)桃源村凹背河段（一級支流舂陵水、二級支流新田河、三級支流車溪河），距湖南省郴州市桂陽縣縣城約63km，是以灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)生活用水及農(nóng)村人畜飲水等綜合利用的Ⅲ等中型水利樞紐工程。

壩址以上控制集水面積43.2km2，多年平均流量0.851m3/s。該工程具有多年調(diào)節(jié)性能，其正常蓄水位 388.00m，校核洪水位為 389.55m，總庫容1512萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積0.69萬hm2（10.34萬畝）。

溢洪道是桃源水庫的泄水建筑物，也是最重要的永久建筑物之一。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）的規(guī)定，溢洪道為3級建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)按照50年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。

2 地形地質(zhì)條件

根據(jù)壩址區(qū)的地質(zhì)地形條件，溢洪道布置于壩軸線左岸較為合適。左岸為近南北走向的條形山脊，山頂高程約550m，該山脊下游約40m處發(fā)育沖溝。地層巖性以寒武系中組第一小層細(xì)砂巖與千枚狀板巖互層為主，據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)成果，左岸巖體透水率小于5Lu的相對不透水層頂板線埋深（38～49）m，強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深約（31～35）m，弱風(fēng)化帶下限埋深約（52～56）m。

3 方案初擬

由于本工程泄量較小，泥沙含量少，采用豎井式溢洪道與開敞式溢洪道進(jìn)行比選。

經(jīng)計(jì)算，采用2孔4m（寬）×5m（高）的開敞式溢洪道，與采用半徑為9.5m的豎井式溢洪道泄洪，泄流能力基本相當(dāng)。因此本階段泄水建筑物采用半徑為9.5m的豎井式溢洪道和2孔4m(寬）×5m（高）開敞式溢洪道進(jìn)行比選。

4 型式比選

4.1 開敞式溢洪道方案

開敞式溢洪道主要由進(jìn)水渠、控制段、泄槽和出口挑流鼻坎組成，詳見圖1。

溢洪道進(jìn)水渠底板高程380.00m，控制段設(shè)2孔寬頂堰，堰頂高程383.00m，每孔堰寬4m。本工程如采用實(shí)用堰，進(jìn)水渠開挖高程較低，堰體較高，混凝土工程量較大；考慮到下泄流量較小，且寬頂堰施工簡單，堰體較低，對基礎(chǔ)和沉陷變形適應(yīng)性較好，故溢流堰采用寬頂堰。其水位泄量關(guān)系見表1。

圖1 開敞式溢洪道縱剖面圖

表1 開敞式溢洪道水位泄量關(guān)系

控制段設(shè)平板檢修門及弧形工作門。由于下游河床狹窄，而泄槽段較寬，采用臺(tái)階式消能可以使出口處的能量減少，從而降低對兩岸的沖刷破壞。因此泄槽處設(shè)置臺(tái)階。根據(jù)地形地質(zhì)情況，泄槽分成兩部分，第一段泄槽長約122m，底坡1∶6，臺(tái)階寬3m，高0.5m，在下游沖溝地形地質(zhì)情況較差的局部區(qū)域采用混凝土回填，并于底部設(shè)置跨溝過水廊道，保證山洪水的過流；第二段泄槽長約90m，底坡1∶3，臺(tái)階寬3m，高1m。為改善小流量泄洪時(shí)的流態(tài)，設(shè)中導(dǎo)墻分成兩條泄槽，單條泄槽凈寬4.75m，底板混凝土厚0.5m。溢洪道出口處能量較小，因此水流直接平射入下游水墊塘中。經(jīng)過調(diào)洪演算，計(jì)算成果見表2。

表2 開敞式溢洪道洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

4.2 豎井式溢洪道方案

豎井式溢洪道結(jié)合施工導(dǎo)流洞布置。導(dǎo)流洞進(jìn)口底板高程為336.00m，在樁號導(dǎo)0+060.193m處與豎井式溢洪道相結(jié)合。豎井溢洪道主要由環(huán)形溢流堰、豎井及水墊塘、退水隧洞及下游消能工組成，詳見圖2。

圖2 豎井式溢洪道縱剖面圖

溢流堰采用無閘環(huán)形實(shí)用堰，堰頂高程388.00 m，與正常蓄水位齊平，堰頂半徑9.5m。堰下接內(nèi)徑為7m等直徑圓形豎井，井壁襯砌厚1.0m。為防止水流直接沖擊豎井底板，在豎井底部設(shè)消能水墊塘。水墊塘深10m，底板高程為325.00m，豎井下接長10m的壓坡段，頂部壓坡為1∶6。在壓坡段末端設(shè)置直徑為1.0m的通氣孔沿豎井下游側(cè)襯砌段邊墻延伸到高程391.5m。壓坡段后接長約235m的退水隧洞，隧洞底坡i=0.01，斷面尺寸為5m（寬）×7m（高），為城門洞型，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為0.5m。退水隧洞后下游采用挑流消能，挑流鼻坎頂高程334.80m，反弧半徑30.0m，挑角21°。

豎井式溢流堰水位泄量關(guān)系見表3。

表3 豎井式溢洪道水位泄量關(guān)系

調(diào)洪演算成果見表4。

表4 豎井式溢洪道洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果表

4.3 綜合比較

（1）地形地質(zhì)條件。

壩址左岸為寒武系中組第一小層的細(xì)砂巖與千枚狀板巖互層，強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深約（31～35）m，弱風(fēng)化帶下限埋深約（52～56）m。若采用開敞式溢洪道，控制段及泄槽基礎(chǔ)均需置于砂巖強(qiáng)風(fēng)化層下部或板巖的弱風(fēng)化層，基礎(chǔ)開挖較深，開挖邊坡支護(hù)量大。而豎井式溢洪道大部分豎井、水墊塘及退水隧洞置于基巖，成洞條件較好。

因此從地質(zhì)地形條件上分析，豎井式溢洪道方案較優(yōu)。

（2）工程布置。

大壩左側(cè)不僅需要布置泄水建筑物，還需要布置蓮塘補(bǔ)水干渠渠首引水建筑物。采用開敞式溢洪道其開挖及占地面積大，為了預(yù)留地形布置蓮塘補(bǔ)水干渠渠首引水建筑物，蓮塘補(bǔ)水干渠渠首引水建筑物需要往左岸山谷移動(dòng)，則引水建筑物洞線變長，而豎井式溢洪道占地面積較小，蓮塘補(bǔ)水干渠渠首引水建筑物與其干擾較小，洞線較短。

由于河谷狹窄，為減少下泄水流對兩岸的沖刷，開敞式溢洪道泄槽段設(shè)置臺(tái)階式消能，則混凝土襯砌量大，而豎井式溢洪道采用工程量較省的水墊塘預(yù)先消能，出口處流速較低，對兩岸影響較小。

因此從工程布置上分析，豎井式溢洪道方案較優(yōu)。

（3）施工條件。

這兩個(gè)方案施工導(dǎo)流均采用河床一次攔斷，左岸隧洞導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。豎井式溢洪道與導(dǎo)流洞結(jié)合布置，開敞式溢洪道需單獨(dú)布置導(dǎo)流隧洞，豎井式溢洪道方案施工導(dǎo)流投資約節(jié)省40%以上。因此從施工條件上分析，豎井式溢洪道較優(yōu)。

（4）環(huán)境影響。

左岸開敞式溢洪道出口為高速水流，對岸坡造成淘刷，導(dǎo)致岸坡再造。另外開敞式溢洪道開挖量較大，左岸山體破壞較為嚴(yán)重，因此從環(huán)境影響上分析，左岸豎井式溢洪道方案較優(yōu)。

（5）工程量及投資。

針對上述兩種泄水建筑物的調(diào)洪結(jié)果，開敞式溢洪道的壩頂高程和豎井式溢洪道的壩頂高程一致，大壩工程量基本相同。泄水建筑物的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比見表5。

表5 溢洪道比較方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較表

豎井式溢洪道的工程量比開敞式溢洪道少，泄水建筑物投資減少5178萬元以上。

5 結(jié) 論

綜上所述，左岸豎井式溢洪道從地形地質(zhì)條件、工程布置及環(huán)境影響等方面均優(yōu)于開敞式溢洪道方案，且永久工程充分利用了臨建設(shè)施，工程量少，投資省。故推薦的泄水建筑物型式為豎井式溢洪道，布置于左岸。

[1]胡娟，曾雪艷，等.桃源水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].長沙:中國水電顧問集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012.

[2]SL253-2000.溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].