山口巖水利樞紐工程攔河泄洪閘布置方案比選

馮紹好　孫華云（江西省水利水電建設(shè)有限公司　江西　南昌　330025）

山口巖水利樞紐工程攔河泄洪閘布置方案比選

馮紹好孫華云
（江西省水利水電建設(shè)有限公司江西南昌330025）

本文基于山口巖水利樞紐工程攔河樞紐布置及泄洪方式，從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運(yùn)行管理等幾個(gè)方面進(jìn)行分析。本文的研究目的在于突出攔河泄洪閘設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題，包括泄洪沖砂閘孔口寬度的確定、引水樞紐輸砂能力的分析等，以期對(duì)同類工程起到借鑒作用。

攔河泄洪閘；方案；比選

1　概況

山口巖水利樞紐工程位于萍鄉(xiāng)市蘆溪縣上埠鎮(zhèn)境內(nèi)，距萍鄉(xiāng)市約30km，距蘆溪縣城約7.6km。壩址地處贛江一級(jí)支流袁河上游，是一座具有防洪、供水、發(fā)電、灌溉等綜合效益的水利樞紐工程。該工程對(duì)外交通條件較好?，F(xiàn)有公路直通壩址，該公路萍鄉(xiāng)市至蘆溪段22.4km為國(guó)道，蘆溪至壩址7.6km（其中4.6km為二級(jí)公路，3.0km為四級(jí)公路），施工期間工程設(shè)備和材料等物資均可通過(guò)現(xiàn)有公路進(jìn)場(chǎng)。

本工程水庫(kù)總庫(kù)容為1.0528×108m3，電站裝機(jī)總?cè)萘?2MW，工程等別Ⅱ等，屬大（2）型工程。根據(jù)本工程等別，確定其大壩、泄洪及放空洞為2級(jí)建筑物，引水建筑物為3級(jí)建筑物，發(fā)電廠房為4級(jí)建筑物。本工程多年平均日供水量20×104t，屬中型工程。供水工程等別為三等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)。

2　攔河泄洪閘布置方案的比選

經(jīng)過(guò)水文分析，本工程設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期采用30年一遇，設(shè)計(jì)洪水流量為1935m3/s。校核洪水重現(xiàn)期100年一遇，校核洪水流量為2700m3/s。原工程設(shè)計(jì)中由于實(shí)測(cè)系列較短（僅27年），也未發(fā)生1999年特大洪水。雖然采用了較高的重現(xiàn)期，但攔河閘設(shè)計(jì)洪水流量為1140m3/s（P=1%），校核洪水流量為1465m3/s（P=0.2%），比現(xiàn)狀設(shè)計(jì)洪水流量1935m3/s少了795m3/s，比校核洪水流量2700m3/s小了1235m3/s。經(jīng)水力計(jì)算復(fù)核，原攔河閘實(shí)際的最大過(guò)洪流量為1718m3/s。比校核洪水流量2700m3/s泄洪能力小了982m3/s。

為滿足攔河閘的過(guò)洪要求，共擬定了三個(gè)布置方案，即增加閘室高度，以滿足閘室安全超高的要求，保證泄洪安全的方案（加高方案）為方案一；在攔河閘左側(cè)增加泄洪閘室寬度（加寬方案）為方案二；在原攔河閘左岸增加泄洪閘、右岸增設(shè)泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）為方案三。

2.1方案一（加高方案）

2.1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本攔河泄洪樞紐工程等級(jí)為Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)選用30年重現(xiàn)期，校核洪水重現(xiàn)期為100年一遇。相應(yīng)洪水流量及水位如下：

設(shè)計(jì)洪水P=3.3%，設(shè)計(jì)洪水流量Q設(shè)=1935m3/s，相應(yīng)閘前水位1480.51m；

校核洪水P=1.0%，校核洪水流量Q校=2700m3/s，相應(yīng)閘前水位1481.52m。

2.1.2加高措施

維持現(xiàn)有攔河泄洪閘總寬度不變，保留13孔泄洪閘，并將靠近引水口1孔泄洪閘改成2孔沖砂閘。改造后泄洪閘加沖砂閘孔口凈寬111m。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范規(guī)定的安全超高要求，采用加高閘墩高度，滿足安全泄洪要求。具體工程措施是在現(xiàn)有閘室前增建新的閘室，維持現(xiàn)有閘底板高程1476.50m不變。經(jīng)水力學(xué)計(jì)算，當(dāng)校核洪水為100年一遇時(shí)，閘頂高程為1483.20m，閘墩高6.7m，比原閘頂抬高1.3m。相關(guān)水力要素如表1所示。

表1　　水力要素表（方案一）

表2　　水力要素表（方案二）

2.2方案二（加寬方案）

2.2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

工程等別，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期及洪峰流量同方案一。設(shè)計(jì)洪水位為：正常設(shè)計(jì)引水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；設(shè)計(jì)洪水位高程1479.55m（P=3.3%）；校核洪水位高程1480.30m（P=1.0%）。

2.2.2加寬措施

在已建攔河閘左側(cè)（北岸）增建攔河閘8孔，改造后泄洪閘加沖砂閘孔口總凈寬175m。由于老閘室抗滑穩(wěn)定不滿足要求，為了減少拆除工程量，在老閘室前增建檢修門(mén)槽閘墩。經(jīng)水力學(xué)計(jì)算需新增泄洪寬度64m，每孔凈寬8m，計(jì)8孔。閘底板高程1476.50m，閘頂高程1481.90m，閘墩高5.4m。有關(guān)水力要素如表2所示。

2.3方案三（加寬加泄洪沖砂閘方案）

2.3.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

工程等別，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期及洪峰流量同方案一。設(shè)計(jì)洪水位如下：正常設(shè)計(jì)擋水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；設(shè)計(jì)洪水位高程1479.60m（P=3.33%）；校核洪水位高程1480.35m（P=1.0%）。

2.3.2加寬加泄洪沖砂閘措施

在已建攔河閘左側(cè)（北岸）增建攔河泄洪閘6孔，單孔凈寬8m；在已建攔河閘右側(cè)（南岸）增建泄洪沖砂閘4孔，單孔凈寬4m。改造后泄洪閘加沖砂閘孔口凈寬175m。閘孔寬和閘室結(jié)構(gòu)尺寸與已建攔河閘基本相同。由于老閘室沒(méi)有設(shè)置檢修門(mén)，為便于檢修，在老閘室前增加閘室長(zhǎng)度2.5m。攔河閘底板高程1476.50m，閘頂高程均為1481.9m，閘墩高5.4m。為提高沖砂效果，泄洪沖砂閘底板高程為1476.00m，有關(guān)水力要素如表3所示。

表3　　水力要素表（方案三）

表4　　攔河泄洪閘布置方案比較表

3　方案分析

3.1方案一（加高方案）

（1）優(yōu)點(diǎn)

單寬流量較大，在設(shè)計(jì)（P=3.33%）和校核（P=1.0%）洪水位時(shí)，過(guò)閘單寬流量18m3/s· m～25m3/s·m，水力條件較為合理。增加閘室長(zhǎng)度，將閘室改為整體式，有效解決抗滑穩(wěn)定，并增加閘室抗震穩(wěn)定性。沒(méi)有增加閘前的河道寬度，有利閘前河床穩(wěn)定?？梢允乖l室圬工結(jié)構(gòu)及工作閘門(mén)存在的缺陷及安全隱患得到徹底加固、更新、改造。基礎(chǔ)挖深較淺，基坑排水難度小，有利于加快施工進(jìn)度，縮短工期。

（2）缺點(diǎn)

單寬流量較大，過(guò)閘流速較大，加劇閘后河床下切，需采取較完善的防沖消能工程措施。閘前水位較高，右岸約250m長(zhǎng)防洪堤需加高，最大加高1.5m左右，增大了閘前兩岸的防洪壓力。增加了閘室的高度，加大了攔河閘閘墩的砼工程量。導(dǎo)流工程較復(fù)雜，導(dǎo)流圍堰及臨時(shí)交通橋工程量較大，施工難度較大。

3.2方案二（加寬方案）

（1）優(yōu)點(diǎn)

過(guò)閘單寬流量及流速較小，防沖消能較簡(jiǎn)單。施工導(dǎo)流較簡(jiǎn)單，可采用分期導(dǎo)流方式，導(dǎo)流工程量小。設(shè)計(jì)和校核洪水位相應(yīng)較低，閘前基本不壅水，右岸前導(dǎo)流堤不需加高。閘前防洪壓力小。

（2）缺點(diǎn)

閘前河床較寬，打破現(xiàn)有閘前后沖淤平衡關(guān)系，河相系數(shù)已達(dá)3.38，新增的泄洪閘前，由于開(kāi)閘泄洪幾率很小，勢(shì)必導(dǎo)致閘前淤積，單寬流量和流速較小，不利于沖砂。擴(kuò)寬部分的基礎(chǔ)開(kāi)挖較深，基坑排水工程量大，施工較困難，工期較長(zhǎng)。拆除工程量和新建工程量大，金屬結(jié)構(gòu)，消能裙板更新工程量大。閘孔多，操作運(yùn)行管理復(fù)雜，維修養(yǎng)護(hù)工程量大，運(yùn)行成本高。

3.3方案三（加寬加泄洪沖砂閘方案）

（1）優(yōu)點(diǎn)

在設(shè)計(jì)（P=3.3%）和校核（P=1%）洪水位時(shí)，過(guò)閘單寬流量11m3/s～15m3/s，過(guò)閘單寬流量及流速較小，防沖消能較簡(jiǎn)單。水力條件較經(jīng)濟(jì)合理。施工導(dǎo)流最簡(jiǎn)單，可采用分期導(dǎo)流方式，導(dǎo)流工程量最小。設(shè)計(jì)和校核洪水位相應(yīng)較低，閘前基本不壅水，右岸前導(dǎo)流堤無(wú)需加高。閘前防洪壓力較小?？拷到y(tǒng)新增的泄洪沖砂閘可防止泥砂入渠。老閘墻基礎(chǔ)挖深較淺，基坑排水難度小，有利于加快施工進(jìn)度，縮短工期。工程量及工程投資相應(yīng)較小。

（2）缺點(diǎn)

雖閘前加寬河床較少，但仍然影響現(xiàn)有閘前后沖淤平衡關(guān)系。增大了擴(kuò)寬部分的基礎(chǔ)開(kāi)挖工程量，基坑排水工程量大。閘孔較多，操作運(yùn)行管理較復(fù)雜。

4　方案比選

根據(jù)上述對(duì)三個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn)的分析，經(jīng)綜合比選，從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運(yùn)行管理等幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)上述三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案三具有引水、防砂工程性能最佳和工程投資相對(duì)較小的特點(diǎn)，因此在總體上推薦方案三，即：左岸加寬攔河閘，右岸加泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）為本引水樞紐除險(xiǎn)加固建設(shè)方案。

5　結(jié)論

攔河泄洪閘的合理布置是水利樞紐工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，筆者針對(duì)山口巖水利樞紐工程攔河閘的過(guò)洪要求，提出三種布置方案，即增加閘室高度，以滿足閘室安全超高的要求，保證泄洪安全的方案（加高方案）；在攔河閘左側(cè)增加泄洪閘室寬度（加寬方案）；在原攔河閘左岸增加泄洪閘、右岸增設(shè)泄洪沖砂閘方案（加寬加泄洪沖砂閘方案）。并從工程安全、施工條件、工程布置、工程投資和運(yùn)行管理等幾個(gè)方面對(duì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析與比較，選擇加寬加泄洪沖砂閘方案為本引水樞紐除險(xiǎn)加固建設(shè)方案，可供類似工程借鑒。陜西水利

［1］李海濤，周應(yīng)詳.山口攔河引水樞紐工程方案布置比選［J］.新疆水利.2011，（2）:32-35.

［2］邱靜，杜涓，黃本勝，賴冠文.低水頭攔河水利樞紐布置的探討［J］.第十七屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)暨第六屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議文集. 2003:645-651.

［3］馬洪玉.新疆某水電站工程攔河引水樞紐布置［J］.小水電.2013，（6）:24-26.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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