者山河水庫取水兼放空建筑物布置及結構設計計算

摘 要：者山河水庫是一座具有農村生活飲水和灌溉用水供水的綜合性水庫，在工程優化設計過程中，結合工程特性、壩址區地形、地質等情況，綜合考慮工程整體布置、施工難度及工程投資等因素，優選“三孔合一多用途孔”從水庫取水。經詳細結構設計結算，優化后的取水兼放空建筑物設計方案，具有較高的技術可行性和經濟合理性。

關鍵詞：者山河水庫；取水兼放空建筑物；進口底板；設計計算

1 工程概況

安龍縣者山河水庫工程位于黔西南布依族苗族自治州安龍縣龍廣鎮納萬村，距離龍廣鎮政府6km。者山河水庫工程任務是為聯新村及轄區內的7個村組共4789人及4311頭大小牲畜提供生活飲水以及解決下游3100畝農田的灌溉用水問題。水庫壩址控制流域面積5.42km2，校核洪水位1261.70m，總庫容107.0萬m3；正常蓄水位1260.00m，相應庫容93.0萬m3；死水位1245.50m，相應庫容13.4萬m3，興利庫容79.6萬m3。壩型為混凝土重力壩方案，其樞紐布置為：混凝土重力壩+壩身溢洪道+左岸取水兼放空管+供水管線。工程為Ⅳ等小（1）型工程，擋水、泄水、取水兼放空建筑物為4級建筑物，次要建筑物為5級建筑物。

2 取水兼放空建筑物布置

可研階段審查意見：基本同意右壩段取水兼放空鋼管的設計布置。進水口底高程為1242.50m，閘門井內設2.0m×2.0m（寬×高）檢修閘門各一道，后接φ800壩內埋管。

但在初步設計過程中，結合工程區地形條件，考慮到右岸為順向坡，取水兼放空建筑物布置在右岸會導致順向開挖邊坡的高度較高，為了減少工程開挖量，考慮將取水兼放空建筑物布置在左岸。在實施施工導流時，分期導流中的導流建筑物從地形條件上看[1]，宜布置在較平緩的左岸，避開較陡峭的右岸順向坡，導流需要的孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）。為了減少導流洞與取水兼放空建筑物的干擾，考慮將取水兼放空孔與導流孔合為一體，故取水兼放空建筑物的空口尺寸需要擴大為2.2×1.5m（寬×高），滿足導流需要。

取水兼放空建筑物布置在大壩左岸，取水口進口底板高程為1242.50m，高于淤沙高程1242.10m。進口為三面收縮的喇叭型，孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）；攔污柵尺寸為2.2×2.0m（寬×高）攔污柵后設置1扇檢修閘門，檢修閘門尺寸為2.2×1.5m（寬×高），孔口尺寸為2.2×1.5m（寬×高）；壩身取水兼放空孔（施工期導流孔兼用）尺寸為2.2×1.5m（寬×高），孔口比降為1.5%，后接φ800的壓力鋼管，鋼管中心線高程1243.90m，管長10.0m，引水至大壩下游閘閥室，與輸水鋼管相連。

活塞閥室采用磚混結構，閥室尺寸4.98m×7.00m，室內凈空3.9m，室內底板高程1262.35m，閥門中心線高程1243.90m，閥門進口處設置φ800mm伸縮節。

3 取水兼放空建筑物結構設計計算

3.1 進口底板高程的確定

3.2 井筒抗滑穩定計算

底孔井筒頂高程1262.50m，建基面高程1241.00m，高21.5m，鋼筋混凝土容重25kN/m3，加上啟閉機室排架及啟閉機重量，計算基底應力0.25MPa，遠小于地基容許承載力3MPa，故井筒尺寸不受承載力控制。

3.3 進口啟閉機室結構

底孔進口啟閉機室為框架結構，共分為兩層，其中檢修平臺高程為1262.50m，啟閉平臺高程為1266.00m，屋頂高程為1269.60m。啟閉機室板梁柱均采用C25混凝土。啟閉機室設計荷載為：平板事故閘門作用于板梁柱上的啟閉力、人群荷載、自重。經計算，確定：屋頂板厚度為120mm、啟閉平臺板厚度為200mm；屋頂排架橫梁斷面為600×700mm、啟閉平臺排架橫梁斷面為600×800mm；檢修平臺、啟閉平臺排架柱斷面分別為600×800mm、600×800mm。

3.4 出口閘閥室結構

底孔出口閘閥室采用磚混結構，閘閥室底板高程為1242.20m，屋頂高程為1246.10m。閘閥室采用M7.5磚砌墻，板梁柱均采用C25混凝土。閘閥室設計荷載為：3tU型吊鉤，板、梁自重。經計算，確定：屋頂板厚度為120mm、屋頂橫梁斷面為300×400mm、屋頂圈梁斷面為240×400mm。

3.5 取水流量復核

根據簡單管道自由出流計算公式，考慮水庫運行至死水位時仍需向下游供水，復核其取水流量是否滿足要求。管長30m，管徑0.8m，糙率0.012。經計算，當水庫運行至死水位1245.50m時，作用水頭H0=1245.50-（1242.50+0.75）=2.25m，φ800鋼管引水流量為1.89m3/s>0.245m3/s最大一日引水流量，故滿足取水要求。

3.6 水庫放空時間計算

放空時間為：水庫從正常水位1260.00m起放，降至放空管中心線高程1243.90m時所需時間。在水位1260.00～1243.90m之間，每隔2m分一層。根據簡單管道自由出流計算，計算公式同取水流量復核公式[3]。計算結果表明：以水庫正常水位1262.00m至死水位高程1245.50m之間的庫容為放空庫容，初步計算得水庫放空時管道內的水流流速在10.88m/s～2.30m/s之間，水庫放空時間為82.34h（3.4d）。

4 結束語

在對者山河水庫取水兼放空建筑物進行優化設計時，充分結合壩址區地形地質條件和工程開挖量等因素，科學合理進行取水方案規劃設計。優選將取水兼放空建筑物布置在較平緩的左岸的設計方案，有效避開較陡峭的右岸順向坡，起到減少工程開挖工程量，提高工程施工安全和項目投資經濟效益的作用。

參考文獻

[1]吳春占.舊院水庫工程導流 放空兼取水隧洞設計[J].中國水運（下半月），2014，14（06）：187-188，287.

[2]李曉梅，王鵬飛.麻溝水庫導流兼放空隧洞設計與研究[J].河南水利與南水北調，2013（12）：46-47.

[3]胡 .六枝特區舊院水庫導流、放空兼取水隧洞設計[J].中國新技術新產品，2011（12）：100.

作者簡介：謝文強（1989-），男，廣西省南寧市人，大學本科，助理工程師，主要從事水利水電工程水工結構設計工作。