談觀文水庫溢洪道設計方案比選

□ 劉 勇 □ 楊志飛 □ 李秀慧（河南省豫北水利勘測設計院）

1 工程概況

擬建觀文水庫位于赤水河左岸一級支流菜板河的右岸支流白泥河上游，壩址地處四川省古藺縣觀文鎮五桂村和復興村交界處，距古藺縣城50km，控制集水面積26.10km2，多年平均年徑流量1302萬m3，是一座以農業灌溉為主、兼顧鄉村供水等綜合利用的中型水利工程。該工程建成后對改善當地農業生產條件，保障糧食生產安全和鄉村供水安全，促進當地經濟社會發展具有重要作用。

初步設計階段，攔河大壩方案比較后采用瀝青混凝土心墻堆石壩，正常蓄水位1090.00m，大壩壩頂高程1094.00m，壩頂軸線長168.68m，壩頂寬7.00m，最大壩高46.00m。

取水（兼放空）隧洞布置在大壩左岸，采用塔式進水口，取水隧洞平洞段用作施工導流，施工后期導流洞進口封堵后，將進水塔及平洞連接，以“龍抬頭”形式建設取水隧洞，承擔取水及放空任務。取水隧洞洞線全長332.90m。

2 溢洪道方案比選

2.1 溢洪道位置選擇

根據現場查勘和本階段測量勘探資料，大壩左岸自然坡度30～35°，谷底至坡頂高度約65m，大壩右岸自然坡度40～50°，谷底至坡頂高度約96m，右岸較左岸坡度陡，岸坡高。溢洪道如布置在左岸，邊坡開挖高度約37m；若布置在右岸，邊坡開挖高度約54m，右岸開挖邊坡較高，挖方量大。

從溢洪道軸線比較來看，根據壩址處地形，溢洪道若布置在左岸，軸線為直線，可直接進入下游河道，軸線長約200m；如溢洪道布置在右岸，軸線需要在中部向左側轉角約66°才能連接下游河道，軸線長約280m，溢洪道布置在左岸比布置在右岸軸線短約80m，工程量減小，同時左岸軸線直線布置比右岸軸線轉角布置水力條件更好，利于洪水下泄。

經過以上分析，溢洪道采用開敞式布置在左岸是合適的，既能節省投資，同時能獲得較好的水力條件。

2.2 溢洪道控制方式比選

根據可研階段確定的水庫規模，水庫正常蓄水位為1090.00m，為保證水庫正常蓄水位，按照溢洪道控制方式，擬定2個溢洪道控制方案進行比較。

2.2.1 方案一:無閘控制溢洪道

無閘控制溢洪道溢流堰頂與正常蓄水位等高，不設控制設施，洪水可及時下泄，運用型式簡單，維修養護容易。根據溢洪道與壩軸線的相對位置關系，無閘控制溢洪道可采用正槽布置及側槽布置兩種型式。

正槽式溢洪道布置:該方案采用正槽平底寬頂堰型式，堰頂高程1090.00m，經計算，堰頂寬度約需26.00m。根據擬建溢洪道處地形條件，布置正槽式溢洪道，由于底寬較大，受地形限制，溢洪道右岸已與壩體相接，只能向左岸擴挖，導致左岸大部分山體被開挖，投資增大。

側槽式溢洪道布置:該方案采用WES實用堰側槽布置型式，堰頂高程設置在正常蓄水位1090.00m，設計側槽長20.00m，側槽起始端槽底高程1086.00m，寬4.00m，末端槽底高程1085.20m，寬8.00m，泄槽段底寬漸變為6.00m。該布置型式較正槽布置型式底寬縮小，極大地減小了開挖工程量，節省投資。

經溢洪道泄流能力計算和水庫調洪計算，無閘控制側槽溢洪道方案1000年一遇校核洪水位1092.85m，下泄流量212.32m3/s；50年一遇設計洪水位1091.85m，下泄流量111.68m3/s。該方案較正槽溢洪道可大幅減少開挖工程量，節省投資，因此，無閘控制溢洪道采用側槽溢洪道布置型式。

根據壩頂超高計算，校核水位工況控制壩高，該工況壩頂超高為1.88m，壩頂上游側設防浪墻，則墻頂高程為1094.73m，設計防浪墻高度取1.20m，計算壩頂高程為1093.53m，取設計壩頂高程為1094.00m。

2.2.2 方案二:有閘控制溢洪道

有閘控制溢洪道可減小溢洪道寬度，有利于降低洪水位，削減經溢洪道下泄的洪峰流量，降低大壩高度，節省壩體投資。

有閘控制溢洪道方案，采用正槽布置，閘底板頂高程為1086.00m，正常蓄水位1090.00m，選用平板閘門控制，堰型采用寬頂堰。設計閘室凈寬10m，設2孔閘，閘寬5.00m，閘室高6.80m，采用平面鋼閘門，雙吊點卷揚啟閉機控制。閘后泄槽前段底寬11.50m，陡槽段底寬漸變為6.00m。

根據溢洪道泄流能力計算和水庫調洪演算，該方案1000年一遇校核洪水位1091.68m，下泄流量89m3/s；50年一遇設計洪水位1090.37m，下泄流量148.39m3/s。根據壩頂超高計算，校核水位工況控制壩高，該工況壩頂超高為1.88m，壩頂上游側設防浪墻，則墻頂高程為1093.56m，設計防浪墻高度取1.20m，計算壩頂高程為1092.36m，設計壩頂取為1092.80m。

綜合溢洪道控制型式，從大壩增加投資+溢洪道+金結三項工程投資綜合比較結果看出，方案一工程投資較方案二多236.50萬元。

方案一（無閘控制），雖然投資較方案二稍多，但不設控制設施，洪水可及時下泄，運用型式簡單，運行管理方便，維修養護容易。

方案二（有閘控制），降低壩頂高程，減少壩體投資，但采用閘門控制，運行控制較復雜，汛期調度繁瑣，同時由于增加了金屬結構及機電設備，導致后期管理、運行及維護工作量加大，而且降低投資有限，并增加一定運行費。

由于水庫位于山區，綜合考慮水庫運行控制、后期維護及工程投資等因素，本階段推薦采用無閘控制溢洪道，溢洪道采用實用堰側槽布置。

2.3 消能方式的比選

消能防沖型式的選擇遵循消能充分，流態良好并與下游水位銜接平順、對河床及兩岸沖刷小、工程量節省并有利于檢修的原則。結合本工程地質、地形條件，比較了底流和挑流兩種消能形式。

2.3.1 方案一:底流消能

在緊接泄水建筑物的下游修建消能池，使水躍在池內形成，借水躍實現急流向下游河道中緩流的銜接過渡，并利用水躍消除余能。底流消能的優點是消能比較充分、平穩，對下游水面的波動影響范圍較小；缺點是這種消能方式一般開挖量比較大，施工時間比較長，材料用量多，工程投資相對比較高。經核算，采用底流消能方式時，下泄30年一遇洪水時，躍后水深6m，水躍長40m；下泄校核洪水時，躍后水深7.50m，水躍長80m，下游河道水深約3.90m，下游水位較低，需要修建巨大的消力池壅高下游水位。

2.3.2 方案二:挑流消能

挑流消能的優點是工程結構簡單，不需要修建大量的河床防護工程，對具有一定水頭的泄水建筑物，多采用此種消能工。經過分析計算，優化挑流鼻坎位置及挑角，在校核洪水頻率以下各級流量泄流時，挑射水流不會對兩側岸坡及臨近建筑物及泄水建筑物本身造成沖刷，挑流消能對下游影響較小。僅下泄校核洪水流量時，射流落水點較遠，橫向寬度較大，因此可能對右岸山坡突出部分構成影響，但這種工況幾率很小。綜上分析，采用挑流消能方式工程投資節約、對建筑物及岸坡影響很小，該工程布置挑流消能設施是合適的。

溢洪道如果采用底流消能形式，需修建巨大的消力池，工程量巨大，非常不經濟。因此，經過綜合比較選擇挑流消能方式，在布置溢洪道泄槽時，盡量減小下泄水流的入河角度，合理設置挑流鼻坎的位置，確保盡量將下泄水流挑入河道內，避免下泄水流對河道岸坡的沖刷。

3 溢洪道布置方案確定

經對觀文水庫溢洪道位置、控制方式及消能方式的比選，確定觀文水庫溢洪道位于水庫大壩左岸，形式為側槽開敞式無閘控制溢洪道，溢洪道側槽溢流堰采用WES實用堰型，挑流消能型式。

4 結語

本文以四川省古藺縣觀文水庫為例，根據樞紐所處地形、地質條件，結合水庫運行方式，從水庫溢洪道的位置、控制型式及消能型式等方面進行方案比較，確定了水庫溢洪道的設計方案，為其他相類似的河岸式溢洪道工程設計提供必要的借鑒。