梁河水库泄洪建筑物方案比选

邱海娟

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

梁河水库工程位于庄浪县通化乡梁河村，工程区距庄浪县城约30 km。该水库为城区供水水源，水库供水对象为庄浪县杨河、赵墩、南湖、通化4 个乡镇农村安全饮水。梁河水库总库容为165.4 万m3，工程等别为Ⅳ等，工程规模为小（1）型，水库大坝等主要建筑物按4 级设计，次要及临时建筑物按5 级设计。工程主要由拦河坝、泄洪兼导流洞、引水建筑物等组成。从左岸向右岸依次为上坝公路、挡水坝、竖井式溢洪及泄洪兼导流洞，输水管设于泄洪洞底板以下。水库正常蓄水位2183.60 m，校核洪水位2184.4 m；最大坝高41.7 m。

2 泄洪建筑物型式选定

2.1 泄洪建筑物选型原则

针对已选择的均质土坝方案，考虑到本工程泄洪建筑物需具有泄洪、放空、施工期导流、下游消能防冲等功能，还要满足工程施工和运行要求；泄水建筑物应运用灵活可靠，其泄洪能力必须满足宣泄设计洪水和校核洪水要求；泄水建筑物的布置和形式，应根据地形、地质条件和泄洪规模、水头大小和防沙要求等综合比较后选定；泄水和引水建筑物进出口附近的坝坡和岸坡，应有可靠的防护措施。出口应采取妥善的消能措施，并使消能后的水流离开坝脚一定距离；泄水建筑物宜布置在岸边岩基上。

2.2 泄洪建筑物设计标准

水库洪水标准按30 a 一遇洪水设计，相应的洪峰流量为60.1 m3/s，300 a 一遇洪水校核，相应的洪峰流量146 m3/s。下游消能防冲建筑物的洪水设计标准为20 a 一遇，相应的洪峰流量为48.2 m3/s。

2.3 泄洪建筑物孔口尺寸确定

针对已选择的均质土坝方案，根据地貌、地质、泄水建筑物泄洪规模及泄洪建筑物选型原则，对梁河水库工程泄水建筑物型式拟定两种方案，即河岸式侧槽溢洪道和泄洪洞联合泄洪方案（方案一）、竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合泄洪方案（方案二）。

1）河岸式侧槽溢洪道和泄洪洞联合泄洪方案

由于右岸山体坡度较陡，台地较多，覆盖层深，不适宜布置溢洪道。河岸式侧槽溢洪道布置于左岸，由侧向溢流堰、泄槽段（含渐变段）、底流消能段组成。溢流堰采用开敞式侧向溢流型式，堰型为WES 实用堰，堰顶高程2183.65 m，堰宽25 m。

泄洪兼导流洞布置在右岸，为无压城门洞形隧洞，由塔式进水口、渐变段、洞身段和出口消能段等组成。塔式进水口闸室为带胸墙的底孔泄水建筑物，闸孔尺寸2.5 m×2.4 m（宽×高）。

该方案梁河水库工程遭遇洪水时由河岸式侧槽溢洪道和泄洪洞联合泄洪，根据拟定的溢洪道孔口宽度和泄洪冲沙洞孔口尺寸进行调洪验算，调洪计算结果见表1。

表1 调洪计算成果表

2）竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合泄洪方案

竖井式溢洪道和泄洪洞均布置于右岸，竖井式溢洪道由环形溢流堰、过渡段、竖井段、消能段、出水隧洞段及出口消能段等组成。泄洪兼导流洞由塔式进水口、渐变段、洞身段和出口消能段等组成。竖井式溢洪道环形溢流堰、过渡段、竖井段、消能段布置于泄洪洞塔式进水口两侧，与泄洪洞塔式进水口形成整体，其后通过渐变段，竖井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二为一，相互结合。

该方案梁河水库工程遭遇洪水时由竖井式溢洪道和泄洪洞联合泄洪，竖井式溢洪道进水喇叭口采用三面自由溢流实用堰，堰顶高程2183.65 m，单侧堰长23.5 m，塔式进水口闸室为带胸墙的底孔泄水建筑物，闸孔尺寸2.5 m×2.4 m（宽×高）。

根据拟定的竖井式溢洪道堰长和泄洪洞孔闸室孔口尺寸进行调洪验算，调洪计算结果见表2。

表2 调洪计算成果表

根据上述计算成果，两种泄洪方案均能满足宣泄设计洪水和校核洪水要求，下泄流量均能满足水库对洪水的调蓄范围，并将设计洪水安全下泄。综合分析认为，两种泄洪方案选定的泄洪建筑物孔口尺寸均是合适的。

2.4 泄洪建筑物方案比较和选定

1）河岸式侧槽溢洪道和泄洪洞联合泄洪方案

①河岸式侧槽溢洪道布置

河岸式侧槽溢洪道布置于左坝肩山体上，由侧向溢流堰、泄槽段（含渐变段）、底流消能段组成，总长243.04 m。溢流堰采用开敞式侧向溢流型式，堰型为WES 实用堰，堰顶高程为2183.65 m，堰宽25.00 m。溢洪道轴线和坝轴线夹角为90°，泄槽段前段坡比为1∶50，后段坡比为1∶2.05，泄槽宽5 m。泄槽采用箱体结构，出口消能方式为底流式消能。消力池长40 m，池宽8 m，池深2.5 m，池内设辅助消能工两排，池后用四面体防护。

上坝管理道路布置在南河左岸，从梁河村庄村口沿南河左岸通至大坝顶，上坝管理道路长1.38 km，路面宽4.5 m，采用砂砾石路面。溢洪道与上坝管理道路均布置于左岸，左岸山坡开挖量大，对植被破坏大，并且开挖后需高边坡防护。

②泄洪兼导流洞布置

泄洪兼导流洞布置在右坝肩山体内，为无压城门洞形隧洞，由塔式进水口、洞身段和出口消能段等组成。总长385.01 m，其中：塔式泄洪闸段长18 m；隧洞洞身段长312.01 m；隧洞出口渐变段及消能段长55 m。隧洞纵坡设计采用1/11.5，隧洞进口底板高程2160.00 m，隧洞出口底板高程2132.93 m。隧洞为无压城门洞，洞宽3.6 m，洞高3.8 m。塔式进水口闸室长18 m，宽5.5 m，闸孔尺寸2.5 m×3.3 m（宽×高），采用平板闸门，由塔顶卷扬式启闭机进行启闭，胸墙后设工作闸门一道，孔口尺寸2.5 m×2.4 m（宽×高），采用弧形闸门。塔式进水口墩顶高程2186.70 m，闸室与管理道路间采用跨度11 m 的T 形梁桥连接。隧洞出口接长度为15 m 的渐变段，坡度同隧洞纵坡一致。渐变段末端设消能工，消能方式为底流消能。消力池长40 m，池宽10 m，池深3.0 m，池内设辅助消能工两排，池后通过10 m长渐变段接泄洪渠，泄洪渠为梯形断面，采用细粒C20 砼砌块石护砌，泄洪渠长147 m，其后采用四面体防护。

2）竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合方案

竖井式溢洪道和泄洪洞均布置于右岸，竖井式溢洪道由环形溢流堰、过渡段、竖井段、消能段、出水隧洞段及出口消能段等组成。泄洪兼导流洞由塔式进水口、渐变段、洞身段和出口消能段等组成。竖井式溢洪道进水溢流堰、过渡段、竖井段、消能段布置于泄洪洞塔式进水口两侧，与泄洪洞塔式进水口形成整体，其后通过渐变段将竖井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二为一。

竖井式溢洪道进水喇叭口采用三面自由溢流实用堰，堰顶高程2183.65 m，岸塔单侧堰长23.5 m，竖井式溢洪道进水喇叭口横断面为矩形，开口尺寸（长×宽）为13.4 m×5.05 m，底部尺寸（长×宽）为7.284 m×2 m，进水环堰段高0.86 m，渐变段长14.49 m，竖井深8.3 m，竖井底高程2160.00 m。塔式进水口泄洪闸段长18 m，宽5.5 m，进水口底高程2160.00 m，闸室为带胸墙的底孔泄水建筑物，胸墙前设有检修门一道，闸孔尺寸2.5 m×3.3 m（宽×高），采用平板闸门，由塔顶卷扬式启闭机进行启闭，胸墙后设工作闸门一道，孔口尺寸2.5 m×2.4 m（宽×高），采用弧形闸门。

竖井式溢洪道与泄洪洞塔式进水口后接渐变段与泄洪洞相接，渐变段长35 m，并设有长5 m 的导流墩将水流平顺的导入泄洪洞，隧洞洞身段长277.01 m；隧洞出口渐变段及消能段长60 m。隧洞纵坡设计采用1/11.5，隧洞进口底板高程2160.00 m，隧洞出口底板高程2132.87 m。隧洞为无压城门洞，洞宽3.6 m，洞高4.6 m。隧洞出口接长度为15 m 的渐变段，坡度同隧洞纵坡一致。渐变段末端设消能工，消能方式为底流消能。消力池长45 m，池宽10 m，池深3.0 m，池内设辅助消能工两排，池后通过10 m 长渐变段接泄洪渠，泄洪渠为梯形断面，采用细粒C20 砼砌块石护砌，泄洪渠长142 m，其后采用四面体防护。

上坝管理道路布置在南河左岸，从梁河村庄村口沿南河左岸通至大坝顶，上坝管理道路长1.38 km，路面宽4.5 m，采用砂砾石路面。左岸仅布设上坝管理道路，对左岸山坡开挖量小，且开挖后不存在高边坡，仅对边坡3 m～5 m 高范围防护即可。

3）投资比较

根据地形地质条件，方案一河岸式侧槽溢洪道布置在左岸，泄洪洞排沙洞布置在右岸；方案二竖井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二为一，布置在右岸。两种组合运行方式的工程量及投资比较表3。

表3 方案一、方案二主要工程量及投资比较表

从表3 建筑工程投资可以看出，方案一建筑投资3288.90 万元，方案二建筑投资3142.37 万元，方案二较方案一投资少146.53 万元。

从地质角度来看，方案一由于溢洪道通过左岸坝线下游约100 m 处发育为土石混合小型塌滑体，不利于溢洪道布置，并且溢洪道部分坐落于碎石土上，需换填处理。方案二由于竖井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二为一，布置于右岸山体内，不存在塌滑体问题。

从施工和环境保护角度来看，方案一溢洪道布置在左岸且植被茂密，加之上坝管理道路布置在左岸，不仅土方开挖量大，开完边坡高，防护投资大，而且对植被的破坏较严重，方案二由于竖井式溢洪道出水隧洞和泄洪洞合二为一，布置于右岸山体内，洞线仍沿方案一泄洪洞洞线布置，对植被破坏很小。

综上，本工程推荐方案二，即竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合技术方案。

3 结语

本次选定河岸式侧槽溢洪道和泄洪洞联合泄洪方案（方案一）、竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合泄洪方案（方案二）两种进行初步技术经济比较，从地质条件、施工和环境保护角度看，方案二均优于方案一，且方案二较方案一投资少146.53 万元。

经综合比较，本工程推荐竖井式溢洪道和泄洪洞合二为一相互结合泄洪方案（方案二）。该种布置形式在国内没有工程先例，可为今后类似受地形条件限制的水库工程泄洪建筑物布置提供经验支持。需要注意的是此种泄洪建筑物布置方案下泄洪洞进口段水流流态较为复杂，需进行专门研究。