水利工程中泄水建筑物设计原则及方案选择

杨 平

(贵州剑江控股集团有限公司, 贵州 黔南 558000）

水利枢纽工程中的泄水建筑物设计尤为重要，泄洪方案的选择要结合坝区地形地质条件、消能方式、库区淹没情况、下游防洪要求等因素进行比选，泄水建筑物尺寸选择、形式设计都需要结合工程实际，选择最佳的方案，才能保障工程的运行安全。

近年来，我国高度重视水利水电工程建设，在相关政策和资金方面给予了大力支持。在具体规划和建设项目中，严格按照国家有关法律法规进行操作。在初步设计阶段，水利水电工程的重要性主要包括以下几个方面：1） 水利水电工程各阶段严格遵守国家有关法律法规确保研究报告的可行性，加强管理，并对水利水电工程的各种信息进行详细调查。在初步设计阶段，具体的项目规划区域，地质环境和气候条件如现场调查，在条件允许的情况下，在水利水电工程施工前，可以进行模拟试验，可以仔细观察整体模拟实验，并为水利水电工程记录和组织生成的数据信息。为今后的建设和实施提供科学依据；2） 可根据水利水电工程的要求设计，采用先进技术，既节约成本，又保证了整体实施效果。在此基础上，合理设计了水利水电工程的各个方面；3） 在设计阶段，应对工程造价和现场施工进行严格分析，不容忽视，其对整体工程规划和施工有重要影响。

1 水利工程中泄水建筑物方案选择

泄水建筑物在设计时，除了应满足稳定和强度要求外，还要满足因泄水带来的系列要求，包括:

1） 具有足够的孔口体形尺寸和较高的流量系数，以使之具有足够的溢流能力；2） 应具有良好的孔口体形，以使水流平顺地过坝，不产生有害的负压、震动和空蚀等；3）保证下游河床不产生危及坝体安全的局部冲刷；4） 溢流坝段在枢纽中的位置，应使下游水流流态平顺，不产生折冲水流，不影响枢纽中的其他建筑物的正常运行；5） 又灵活?可靠的下泄水流控制设备，如闸门启闭机等

2 大河水库泄水建筑物的选择

大河水库工程枢纽主要由大坝枢纽工程、输水工程组成。水库正常蓄水位891.50m，校核洪水位896.16m，总库容4376.00 万m3，水库年设计供水量6438.20 万m3。坝型为混凝土双曲拱坝，最大坝高为105m，坝身可过水，坝址处500 年一遇洪峰下泄流量为804.0 m3/s，50 年一遇洪峰下泄流量为506.0m3/s，30 年一遇洪峰下泄流量为441m3/s，坝址处河床宽度35m。

根据上述原则，水库泄洪初步考虑以下三种方案:1） 泄洪表孔单独泄洪；2） 泄洪表孔与底孔联合泄洪；3） 利用导流洞改造成泄洪兼冲沙洞，与泄洪表孔联合泄洪。方案一从枢纽布置上最简单，但汛期水库水位较高，坝体工程量较大;方案二考虑冲沙底孔联合泄洪，可适当降低大坝高度，但坝址处河床受下游左岸崩塌体的影响，枢纽布置比较拥挤，底孔尺寸受到地形限制，其分担的下泄流量有限:方案三下泄能力最大，可最大程度降低大坝高度，但改造导流洞工程量大，且导流洞出口高程较低，工作门布置难度大，且由于河床下游束窄，出口水舌将冲击对岸，影响岸坡稳定。经综合分析比较，河床宽度为38m 下泄单宽为29.47m3/s·m，单宽流量不大，下游河床岩石坚硬，抗冲刷性较好，从节省投资和方便运行管理等角度考虑，优先采取方案一。

根据泄流能力及洪水流量确定表孔规模，并对表孔布置及计算后，确定比较方案为自由溢流和设闸孔方案。

方案一：自由溢流方案；坝顶高程898.00m，坝底高程795.00m，最大坝高103.0m（不含垫层），坝顶全长332.2m，坝体分左、右岸挡水坝段和河床溢流坝段，其中，溢流坝段长49.84m，左、右岸挡水坝段分别长177.04m 和105.28m，拱冠处坝顶宽度6m、坝底宽30m。泄水建筑物布置在河床中部，表孔每孔净宽10m，溢流前沿总宽40m，堰顶高程同正常蓄水位高程为891.50m.溢流堰面按幂曲线y=0.153888×1.85 与下游反弧段相接，溢流堰原点上游用椭圆与上游坡相接，椭圆曲线方程为x2/12002+（y-700）2/7002=1。闸墩厚度从上游开始向下游逐渐缩窄，中墩由2.5m 渐变为1.5m，4 表孔最大下泄流量为804m3/s。采用挑流消能方式，挑流鼻坎高程885.78m，反弧半径为9m，挑射角15°。下游设水平护坦与河道衔接，长25m。

方案二：设闸孔方案；溢流坝段34m，左、右岸挡水坝段分别长176.71m 和116.98m 拱冠处坝顶宽度6m、坝底宽28m。泄水建筑物布置在河床中部，表孔每孔净宽8m，溢流前沿总宽24m，堰顶高程为887.0m，孔口尺寸8mX4.5m（宽X 高），共3 孔，每孔设一扇弧形工作门，各用一台液压启闭机。溢流堰面按幂曲线y=0.117399x1.85 与下游反弧段相接，溢流堰原点上游用椭圆与上游坡相接，椭圆曲线方程为x2/12002+（y-700）2/7002=1。3 表孔最大下泄流量为848m3/s。采用挑流消能方式，挑流鼻坎高程890.95m，反弧半径为9m，挑射角15°。下游设水平护坦与河道衔接，长25m。

方案比选：方案一比方案二投资多465 万元，占工程投资的0.7%，主要基于以下两点，选择了方案一作为该工程的泄洪方案。1） 坝址处为横向谷，左岸坡下游发育有BT5 崩塌体紧贴拱坝左坝肩下游，虽然设计拟采取抗滑桩、桩间连系梁及加筋土结构等措施进行边坡治理，但水库建成后，该崩塌体在大坝泄洪溅水（水雾） 等外部作用下，可能对稳定产生不利影响，而方案二单宽流量更大、挑流更远，形成水雾更强，对崩塌体稳定更不利；2） 大坝下游即为都匀市的河道旅游区，夏季河道内戏水游客较多且分散，采用闸门泄洪将给预警和疏散带来极大难度，增加安全隐患和运行管理成本。

3 结语

水利工程在人们的生产生活中发挥着不可替代的作用，其无时不刻都在为人们提供服务，在长期运行过程中，由于受到水体中流速、砂砾、细沙等因素，不可避免的对泄水建筑物等设施造成磨蚀等破坏，影响水利工程的正常使用。必须高度重视水利工程中泄水建筑物设计，及时采取科学的措施进行处理，保证水利工程的安全性。