中小型綜合性水庫泄洪建筑物布置方案研究

□ 馬富強 □ 童元雄（貴州省水利水電勘測設計研究院）

1 工程概況

擦耳巖水庫工程位于貴州省平塘縣六硐河苗二河鄉境內，工程任務是縣城防洪、供水兼顧發電。碾壓混凝土重力壩最大壩高（含齒槽）62.70m，水庫正常蓄水位744m，正常蓄水位以下庫容2849萬m3，防洪庫容2623萬m3，總庫容3740萬m3，年供水量1899萬m3，壩后電站裝機容量5000kW。工程屬Ⅲ等中型工程。

2 泄洪方案研究

因擦耳巖水庫的主要任務是縣城防洪和供水，兼顧發電。水庫的首要任務是防洪，水庫必須得有一定防洪庫容，同時還要滿足一定的興利庫容，來給縣城供水。

擦耳巖水庫工程項目是以多水庫 （與另外一條京舟河支流甲塘水庫）聯合解決縣城防洪為主的水庫工程，縣城防洪控制斷面平湖水文站集雨面積1441km2，水庫壩址控制集雨面積僅為799km2，壩址至防洪控制斷面干流集雨面積43km2，區間匯入京舟河支流集雨面積599km2，汛期要求50年一遇洪水水庫應滿足控制下泄流量1186m3/s的要求。另外考慮到工程受上下游梯級銜接關系以及水庫淹沒投資的影響，水庫本身的建設規模和調蓄能力比較有限。因此，就本工程而言，泄洪建筑物的布置、孔口尺寸方案選擇較為復雜且非常關鍵。

在本工程樞紐溢洪布置方案的設計過程中，類比和試算了很多種組合的多種孔口尺寸的溢洪布置方案，下面就幾種比較有代表性的溢洪布置介紹研究如下。

2.1 純底孔泄洪方案

采用純河床大孔口泄洪方案，經泄流能力計算，需要的泄洪面積為153m2,考慮到單個底孔的孔口尺寸不宜過大，因此共需設置5個6m×5.10m（寬×高）的底孔。由于平塘縣城河道的最大過流能力僅為1850m3/s，壩址與縣城區間50年一遇相應洪水洪峰流量為250m3/s，甲塘水庫控制下泄流量為414m3/s，故擦耳巖水庫安全控制下泄量為1186m3/s。由于底孔要控制安全泄量，需要根據水位的變化而頻繁開啟底孔閘門，對閘門各個水位的開度要求比較高；還有在多孔口聯合調度的前提條件下，要保證安全泄量，又要考慮閘門在開啟過程中應盡量避開閘門震動區的影響，很困難。因此采用純底孔泄洪方案，水庫很難起到預期的防洪效果，另外，純底孔泄洪方案的安全可靠度較差，不具備超泄能力，對于非常洪水來臨時的大壩泄水是不利的。

綜上，對于本工程,純底孔方案泄洪是不可取的。

2.2 純表孔泄洪方案

本工程本階段除比較了純底孔方案，還著重研究了純表孔（底孔不參與泄洪）泄洪方案。表孔的超泄能力較強，閘門的開啟及調度運行也相對簡單。本工程壩址河床寬度約50m，考慮到溢流表孔各個孔口之間閘墩尺寸要求，暫時考慮溢流凈寬為40m。其中不同的孔口數及不同的孔口高度，又可以選出很多不同的溢洪布置方案，但是各個方案之間的調算結果都大同小異，下面就5孔8m×10m（寬×高）溢洪布置方案的洪水調節計算成果如表1所示。

由表1可以看出，純表孔泄洪方案的防洪限制水位與溢流表孔的堰頂高程相同，在汛期堰頂以下的水庫來水無法提前下泄，洪水來時，表孔的泄流能力在有限的時間段內又非常有限，水庫水位被迫抬高；當水庫水位升到一定高度可以滿足下泄要求時，水庫下游又要滿足控泄的流量要求，不允許多泄，水庫水位繼續被迫逼高，這樣所需要的防洪庫容就比較大，淹沒增加明顯，工程投資也隨之劇增。另外，純表孔泄洪方案，各個頻率之間水庫水位相差非常小，水庫運行調度非常困難，這也是純表孔泄洪方案不可行的關鍵性問題。

表1 純表孔方案洪水調節計算成果表

因此，單純依靠表孔泄洪實現水庫的防洪功能，所需庫容大，運行調度困難，效果不好，防洪效益差，不可取。

2.3 表孔+底孔相結合泄洪方案

綜上研究分析，考慮到樞紐工程防洪的重要性、運行調度的復雜性，確保本工程樞紐運行調度靈活、安全可靠，并從水力學、工程的經濟性比較等角度綜合分析，權衡利弊，推薦采用河床表、底孔相結合泄洪方案比較可行。同樣，對于表、底結合的泄洪布置方案，設計也考慮和類選了多種組合型式，以下介紹兩種典型的表、底結合的泄洪布置方案。

表2 表孔+底孔典型方案一（典型研究方案）洪水調節計算成果表

由表2方案一和表3方案二可以看出，兩種型式的泄洪布置大致相當，區別在于:從溢洪方面來看，方案一的表孔泄流面積比方案二的表孔泄流面積要大，而其底孔泄流面積比方案二要小，但經初步測算，總的溢洪布置投資，二者大致相當。從防洪庫容來看，方案一不同標準的防洪庫容比方案二對應標準的防洪庫容要略大，對應頻率的水位也較高，因此其淹沒投資及工程建設投資，也相應較大；從各個典型頻率的水位差值來看，如方案一的設計洪水水位為748.17m，校核洪水水位748.24m，僅相差 0.07m，而方案二的設計洪水水位為747.16m，校核洪水水位747.88m，相差0.72m，因此，就水庫樞紐運行調度方面來看，方案二優于方案一。

表3 表孔+底孔典型方案二（推薦使用方案）洪水調節計算成果表

綜上各個方面，表孔+底孔溢洪布置的典型方案二（即3孔6m（寬）×8m（高）表孔 +2孔5m（寬）×6m（高）底孔）優勢非常明顯，為本階段推薦的溢洪布置方案。

3 結語

對于中小型綜合性水庫，在水庫資源非常有限的情況下，要更大程度地發揮水庫本身的功能和效益，水庫泄洪建筑物的布置及各種泄洪方式的選擇尤為重要，乃是成就一座綜合性水庫成敗與否的關鍵所在，意義非凡。

[1]馬富強，等.平塘縣擦耳巖工程可行性研究報告[R].貴陽:貴州省水利水電勘測設計研究院,2014.

[2]林繼鏞.水工建筑物（第四版）[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

[3]長江水利委員會,長江勘測規劃設計研究院.水利水電工程等級劃分及洪水標準（SL252-2000）[S].北京:中國水利水電出版社,2000.

[4]長江水利委員會,長江勘測規劃設計研究院.重力壩設計規范（SL319-2005）[S].北京:中國水利水電出版社,2005.