水庫溢洪道改造工程方案設計簡述

■安普太

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西 太原030024）

水庫溢洪道改造工程方案設計簡述

■安普太

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西 太原030024）

建設左權城鄉水源保護和環境改善示范工程項目，示范項目主要涉及清漳河源頭水源保護、清漳河河道綜合治理、供水系統和水污染控制、水源管理改善和機構能力建設多方面內容。本項目通過完善溢洪道控制閘工程，并局部調整水庫運行方式，可在水庫不降低原防洪、發電、養殖、供水等任務下，增加水庫年供水量。本文對溢洪道布置方式、堰型確定等方面進行必選確定方案。

石匣水庫溢洪道方案比選

1 工程概況

左權縣石匣水庫位于海河流域南運河水系清漳西源中游，地處左權縣城西北約9km的石匣村北。水庫始建于1959年11月，1960年攔洪蓄水運行，是一座以防洪為主兼顧農業灌溉和工業供水、發電、養殖的中型水庫。樞紐工程包括：主壩、副壩、開敞式溢洪道、輸水洞、導流洞和電站。2016年5月《石匣水庫調整汛限水位專題研究設計報告》審查批復結論為將現狀汛限水位由1139.5m提高至1142.5m，需進行泄洪設施完善。

2 溢洪道布置方案比選

現狀溢洪道布置在大壩左岸，為正槽溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段、消能段組成，溢洪道全長255.1m?？刂贫螢閷掜斞?，位于大壩左岸交通拱橋下游17m處。堰頂高程（橡膠壩底高程）1139.50m，堰頂寬20.0m，堰上布置1座橡膠壩，橡膠壩頂高程1142.5m?？刂贫魏鬄榭v坡1/500的泄槽段，長度165.5m，末端設消能段，長度為23.6m，采用挑流式消能工。除控制段高程1143.50m以下為矩形斷面以外，其余部分為梯形斷面，底寬17m，邊坡1:0.3，高程1146.80m以下為鋼筋混凝土襯砌結構，以上為漿砌石襯砌。

依據《石匣水庫調整汛限水位專題研究設計報告》及批復文件，水庫特征水位改變后，現狀溢洪道進口橡膠壩一方面無法滿足水庫正常運行要求，另一方面現狀橡膠壩又存在局部破損老化、運行不方便、無法檢修等因素，因此本次設計拆除橡膠壩，新建溢洪道進口控制閘室。

根據現狀溢洪道地形條件及進口建筑物布置情況，本次設計控制段可布置在溢洪道進口處交通橋上游也可以在現有橡膠壩位置。交通拱橋位于樁號Y0+016.0，若設計控制段閘室布置在進口處交通橋上游時（樁號Y0+000.0），存在以下不利影響：

（1）距離交通橋太近，設計閘室與現狀交通橋發生干擾，需拆除現有交通橋并重新修建，且在施工過程還需搭建通往大壩的臨時交通橋，造成投資加大；

（2）閘基防滲與主壩帷幕灌漿難以封閉，現有主壩帷幕灌漿位于（樁號Y0+028.0）閘室下游，閘室揚壓力不能降低，對閘室穩定不利，同時還可能存在繞壩滲流問題；

（3）從地質方面，越靠近庫區基巖面越低，基礎處理深度增加，費用增大。

綜合以上因素，溢洪道控制段閘室本次設計仍布置在現有橡膠壩位置，即將現有橡膠壩拆除，就地新建控制閘室，布置8.0m寬2孔閘門，閘室上游設平板事故檢修鋼閘門、下游設弧形工作鋼閘門，閘室上部布置檢修平臺和啟閉機室。

（4）工程投資比較：新建閘室布置在上游方案和現橡膠壩位置重建閘室方案工程綜合項目及投資比較可知，現橡膠壩位置重建閘室方案比上游方案投資節省約108萬元。

該工程溢洪道控制閘方案位置比選綜合以上因素，推薦在現橡膠壩位置重建閘室方案。

3 建筑物選型

3.1 溢洪道堰型確定

溢洪道控制段堰型可選用開敞式或帶胸墻孔口式的實用堰、寬頂堰、駝峰堰等型式。從水庫運行和溢洪道現狀條件分析，溢洪道現狀控制段為寬頂堰，堰頂高程1139.5m，水庫汛限水位調整后，正常蓄水位和汛限水位均為1142.5m，另外，水庫有防洪任務，20年一遇洪水需要限泄，因此需要設閘門控制水庫水位。在堰頂高程相同的前提下，實用堰和駝峰堰較寬頂堰泄流能力大，但開挖及填筑工程量較大，施工放線相對復雜。經洪水調節計算，現狀溢洪道泄流能力可滿足水庫防洪要求，采用寬頂堰方便與現狀溢洪道銜接，工程量小，施工簡便，投資最??；另外考慮到溢洪道閘門攔擋的最高水位為防洪高水位，擋水高度不大，因此溢洪道控制段采用開敞式寬頂堰。

3.2 溢洪道控制閘型式確定

溢洪道控制閘門型式主要有平板鋼閘門、弧形鋼閘門、橡膠壩、鋼壩閘等。橡膠壩存在安全性、可靠性差，長期暴露在室外宜老化，泄洪時容易被樹枝等尖銳漂浮物劃傷破壞，使用壽命短等缺點；鋼壩閘雖然能克服橡膠壩的這些特點，但是鋼壩閘運行操作靠布置在閘室一側的液壓傳統設備通過底部轉動軸來實現關閉，設計需在一側布置較大的啟閉機室，需要一套液壓系統，工程開挖量大，液壓系統宜出故障，任何一側都不具備布置啟閉室的條件。所以，本項目主要從平板鋼閘門和弧形鋼閘門進行比較。

（1）建筑物布置：為了使泄洪時水流順暢，避免控制段兩側大量開挖，布置2孔閘室較為適宜，弧形閘門和平板閘門在布置條件上相當，但平板閘門比弧形閘門方案上部排架高度高，所以采用弧形閘門方案較為優越。

（2）泄流能力：根據建筑物布置條件可知，閘孔尺寸為2×8m，兩方案閘孔尺寸相同，僅閘門型式不同，流量系數有點不同，但是相差不大。根據計算成果可以看出，當滿足下游防洪要求進行限泄時，平板閘門方案比弧形閘門開度大；當水位超過訊限水位，閘門全開時候，平板閘門方案與弧形閘門方案均可滿足泄洪要求，兩方案泄流能力無明顯區別。

（3）運行管理：平面閘門具有結構簡單，閘門制作、安裝、管理、維護簡單易行的特點，但平面閘門方案也存在一些不利因素：①平面閘門在運行過程中存在小開度時閘門容易發生振動問題；②壩頂需設置較高的啟閉平臺，不便于啟閉機的維護管理，工程量偏大；③泄洪時因有門槽導致水流條件較差，高速水流易引起閘墩門槽處混凝土空蝕空化問題?；⌒伍l門恰可避免平面閘門上述不利的因素。另外，弧形閘門適宜大孔口溢流，有利于閘門的靈活調度運用，更能提高溢流壩泄洪設備的運行可靠性?；⌒伍l門方案主要缺點是弧形閘門支鉸較低，泄大洪水時，弧形閘門支鉸易受到水流及漂浮物的沖擊。但考慮“山西左權城鄉水源保護和環境改善示范項目”中對水庫上游同時進行水源涵養保護工程，該項目完成后，壩址以上河段漂浮物將大大減少，支鉸承受短時間的水流沖擊，對其正常使用的影響甚小，設計將支鉸布置在1145.5m高程處（略低于閘下20年一遇防洪高水位1146.29m），即可避免常遇洪水水流及漂浮物對支鉸的沖擊影響，故從運行管理條件看，弧形閘門方案較優。

（4）啟閉設備：平板閘門設計通常采用滑動和滾動輪支撐，弧形閘門采用支臂同門葉相連，支鉸轉動為滾動形式，平板閘門計算啟門力較弧形閘門偏大，選用啟閉機容量也偏大，投資也大。

（5）工程綜合項目及投資比較：平板閘門方案和弧形閘門方案工程綜合項目及投資估算比較可知，弧形閘門方案比平板閘門方案節省約105萬元。

通過以上分析，該工程溢洪道控制閘型式采用弧形閘門方案從平面布置、泄流條件、運行管理、維護檢修及工程投資等方面均優越與平板閘門方案，故推薦采用弧形閘門方案。

TV[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-440-1

安普太（1983～），男，2006年畢業于河海大學農業水利工程專業，工程師。