某水庫工程防洪建筑物布設方案分析

白西杰

（河南水利投資集團有限公司，河南 鄭州 450000）

1 項目概況

此水庫控制流域面積36.40 km2，大壩右岸設進水口經引水建筑物至壩后電站，尾水接灌區總干渠，總干渠末端樁號0+910處設倒虹管后分為左右干渠，并在柏林支渠尾端接壓力前池和壓力管道引水建水電站。電站廠房位于壩軸線下游約470 m的河流右岸榨油房處，廠區位于河道左岸。

2 防洪建筑物對河段造成的影響分析

利用設計流域地形、地質及暴雨資料分析，采用雨洪途徑推求工程河段設計洪水，通過水文分析計算并結合數學模型確定水庫工程對河段行洪的影響。

對壩區下游河段，由于河道坡度較陡，沿河兩岸住戶、耕地稀少，其生活、生產用水均取自各分散泉及溪溝水。一方面，通過水庫筑壩蓄水，在一定程度上削減了上游洪峰流量，對下游河道防洪更為有利；另一方面，通過水庫攔蓄上游來水，下游河道流量將有所減少，對下游河道生態用水造成一定影響。在枯水及干旱斷流期間，下泄必要的生態流量8.60×10-2m3/s，因此，水庫工程的建設對壩區下游河段造成的影響甚微。

3 壩址、壩型選擇

3.1 壩址選擇

壩址方案比選表明，從地質條件上看，上、下壩址基本相當，地形條件上，上壩址相對優越。從工程布置上看，上壩址重力拱壩布置緊湊，壩身表孔溢流，但下游岸坡處理及左壩頭高邊坡支護工程量大。下壩址采用泄洪洞泄洪，出口距下游壩腳約100 m，施工及運行相互干擾小，工程布置上各有優點；從施工條件上看，由于上、下壩址上部地形均較陡，施工條件差異不大。從對自然環境影響的角度看，上壩址河谷較窄，壩體混凝土量及開挖量較小，對自然環境的影響相對較小。從淹沒角度考慮，上壩址方案淹沒投資比下壩址省1 747.59 萬元，但上壩址方案將淹沒已成的花鹽井水庫。從投資上看，下壩址比上壩址節約投資約5 601.88萬元。

因此，下壩址具有一定優勢，推薦下壩址為選定壩址，為充分利用上游已建成的水庫，項目工程考慮與其聯合運行。

3.2 壩型選擇

根據壩址區地形、地質條件和壩址區附近天然材料等方面的實際情況，水庫在壩型選擇中主要對混凝土面板堆石壩、拋石重力壩兩種壩型方案進行比選。

經過分析比較，在地形、地質條件上堆石壩的適應性更強；在工程運行上2 個方案基本相當；在工程布置、施工條件上重力壩略優；在工期上，堆石壩比重力壩較長。綜合比較，擬定的混凝土砌塊石重力壩和混凝土面板堆石壩各有優缺點，技術上均可行。但拋石重力壩方案比混凝土面板堆石壩方案工程投資多9 310.38 萬元。因此，對于項目而言，混凝土面板堆石壩是一種最合適的壩型，推薦采用混凝土面板堆石壩方案。

4 工程總體布置

4.1 擋水建筑物的布置

擋水建筑物壩頂高程682 m，防浪墻頂高程683 m，最大壩高確定為96.50 m，壩頂寬8m，壩頂全長222 m。上游鋼筋混凝土面板共分21塊，其中左、右兩岸每塊寬6 m，共5塊；其余部分每塊寬12 m，共14塊；另外在左、右壩頭各布置一邊塊，寬度分別為5.96 m 和5 m。鋼筋混凝土面板壩上、下游坡比均為1∶1.40，下游壩坡設4級馬道，高程分別為591、613、636、659 m，馬道寬均為2 m，大壩最大底寬300.75 m。鋼筋混凝土面板頂部高程為680.77 m，頂部厚度為0.30 m，底部最大厚度為0.59 m，趾板寬度按水頭及所處地段地質條件分為6 m、5 m和4 m，厚度為0.50 m，用φ28 mm、間距2 m的錨筋將趾板錨固于基巖上，錨入巖石長4 m。面板塊之間設垂直縫，面板與趾板之間設周邊縫，縫內設止水。上游壩面河床段620 m高程以下及兩岸640 m高程以下設有上游鋪蓋區和蓋重區。

4.2 溢洪道布置

溢洪道布置在右岸，采用無壓泄洪洞+消能臺階方案。進水口布置在右岸壩前的沖溝右側，其中心線與壩軸線正交，溢洪道由閘室、泄槽及消力池3部分組成，全長529.20 m。

4.2.1 閘室布置

閘室采用開敞式，溢流堰采用2 m 高WES 曲線型實用堰，堰頂上游面由雙圓弧組成，下接冪曲線。堰頂高程674 m，前緣凈寬25 m。閘室孔口尺寸（3-7）m×6 m，孔口設3 扇弧形工作門，采用液壓式啟閉機啟閉。不設檢修門。溢洪道控制段閘墩頂部設5 m寬交通橋。

4.2.2 泄槽布置

泄槽段軸線全長536.93 m，其中無壓隧洞長368.89 m，泄槽凈寬從控制段末端向下游延長10 m后由25 m收縮至7 m，收縮段長54 m，隧洞斷面采用城門型，全斷面采用C25 混凝土現澆；臺階擴散陡槽段長130.20 m，首端底寬7 m，末端底寬22.75m，邊墻擴散角3°，底板坡度分別為1：1.70和1：3，泄槽采用矩形斷面，底板厚0.50 m，邊墻采用衡重式擋土墻，邊墻和底板均采用C25混凝土澆筑，邊墻高度根據泄槽內的水面線確定。

4.2.3 消力池布置

消力池采用等寬22.75 m，長45 m，池深4 m。護坦底板高程579.60 m，底板厚1.50 m，護坦頂以上導墻高9.50 m，導墻采用C20 混凝土衡重式擋墻。消力池護坦下設Φ100 排水孔，間距3 m，梅花形布置。消力池后設20 m 長海漫，海漫寬度與消力池相同，海漫厚0.30 m，C15拋石澆筑。

4.3 壩后電站引水建筑物布置

壩后電站引水建筑物布置于河流右岸，由進水口、壓力引水隧洞和壓力管道三部分組成。進水口采用岸塔式，位于易家溝下游側，塔總高49.60 m，分上、中、下三層取水。壓力隧洞為圓形，全長702 m，縱坡i=2‰，設計引用流量3 m3/s，洞內徑1.80 m，沿河流右岸山體內布置，隧洞進、出口底板高程分別為636.20 m、634.80 m。隧洞末端通過長度為2.50 m的錐管漸變至1.20 m后直接與壓力鋼管相接。

壓力鋼管采用聯合供水方式，主管內徑1.20 m，長110.32m，敷設角為15.95～46.89°，進廠支管直徑為0.80 m，長2.00×9.82 m。為滿足灌區的需水要求，主管經長2.50 m 的錐管漸變至0.60 m后，延伸至于廠房下游側總干渠內，在其末端設置控制放水流量的錐形閥1 件。電站停機時，飲用水流通過錐形閥消能后直接進入總干渠。

4.4 壩后電站廠房布置

壩后電站廠房位于攔河壩軸線下游約470m的河流右岸榨油房處。電站主廠房長30 m，寬12.50 m，高16.20 m（含地下部分）。廠內裝2 臺臥式混流式水輪發電機組，間距12.50 m，水輪機安裝高程606 m。副廠房建筑面積162 m2，位于主廠房上游側，僅一層。副廠房內布置機旁盤及低壓開關室、主變壓室、工具間、機修間和值班室。2 臺機組的尾水均由尾水渠分別引入總干渠。

5 水電站

水電站主要由壓力前池、壓力管道和廠區樞紐組成，壓力鋼管與位于右干渠支渠尾端的壓力前池連接，廠區位于河道左岸。

壓力前池位于河道下游河段左岸斜坡中上部單一的緩坡地形上，由漸變段、池身段、溢流堰及泄水渠、進水室、沖砂管五部分組成。前接柏林支渠引水隧洞出口，后接壓力管道進口。電站設計引用流量2×0.30 m3/s，前池長約24.80 m，最大寬度7.50 m；前池正常水位為590.50 m，總容積約為740 m3。

壓力鋼管從壓力前池順山脊布置至電站廠區，聯合供水設計流量0.60 m3/s。主管內徑0.70 m，支管內徑0.50 m，壁厚6～14 mm；月牙肋岔管直徑0.72 m，壁厚16 mm。鋼材均為Q235C。壓力鋼管主管全長1 146.38 m，支管均采用埋管形式，其中1#支管長24.04 m，2#支管長32.12 m。主管沿線按地形地質條件分為18段，最大傾角為42.16°，最小傾角為7.26°。鋼管沿線設置鎮墩18個，間距24.16～94.65 m，高差10.07～50 m。

水電站廠區包括主、副廠房、尾水渠、廠區防洪河堤等。主廠房長25.20 m，寬10.50 m，高13.96 m，地坪高程195.50 m。內裝兩臺1 000 kW水輪發電機組，間距8.40 m。安裝高程196.14 m。

6 其他建筑物布置

主廠房上游側布置調速器、進水閥等，下游側為交通道。副廠房為單層地面結構，分別位于主廠房上游側和上游端。6.30 kV開關室、機旁盤和廠用電室位于主廠房上游游側，地坪高程195.50 m。電站水輪機組為沖擊式，尾水道采用無壓暗渠型式全部埋于廠房和廠區內。每條尾水道寬1.10 m，高2 m，底坡i=1%，長10.80 m。底板、邊墻、頂板均采用C20鋼筋混凝土結構。2 臺機組尾水引出廠房后匯入映陽河。沿原河道流勢修建長約150 m的防洪河堤。

7 結語

此水庫是以農業灌溉、灌區農村飲水為主，兼顧發電等綜合開發任務的中型骨干水庫。對改善農業生產條件，提高農業抗旱減災能力，發展生態高效農業，解決臨江鎮供水與灌區農村人、畜飲水，維護社會穩定及發展國民經濟，改善電力緊缺問題，促進經濟社會可持續發展，都具有重要作用。