泌阳县盘古山水库砌石坝结构布置及水力计算

詹晓

摘 要：盘古山水库是一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。砌石坝沿坝轴线从左至右分别为左岸非溢流坝段、溢流坝段与右岸非溢流坝段，溢流坝段为开敞式溢流堰，下游采用挑流消能。

关键词：盘古山水库 浆砌石重力坝 开敞式溢流堰 挑流消能

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0091-01

1 水库概况

盘古山水库为一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。坝址位于驻马店市泌阳县盘古山村委，属长江流域泌阳河支流甜水河上游。坝址距沪陕高速公路约10 km，三面环山，北到西窑庄。水库下游有现家庄、擂鼓台庄、河北庄（即明德庄）、学层庄、泰山庙庄等村庄，保护区内人口约800人，耕地面积为2000亩。该水库以上总流域面积1.62 km2，河道长度1.072 km，比降0.0833。地形变化为三面环山。部分岩石裸露，山区植被较好，两岸山坡较陡，属季节性河流，平时基流很小，汛期峰流量大。该水库为小（2）型水库，工程等级为Ⅴ等，水库防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

2 砌石坝结构布置

（1）坝体布置

盘古山水库砌石坝根据地形、地质条件，沿坝轴线从左至右桩号0+015.5至桩号0+145为左岸非溢流坝段，桩号0+145至桩号0+175为溢流坝段；桩号0+175至桩号0+232.2为右岸非溢流坝段。坝轴线全长216.7 m。

溢流坝段坝顶高程为280.00 m，最大坝高31.16 m，最大坝长29.01 m；非溢流段坝顶高程为283.53 m，栏杆顶高程为284.63 m，最大坝高34.67 m，最大坝长27.11 m。

（2）坝体断面设计

溢流坝段剖面设计：溢流坝段为开敞式溢流堰，坝顶高程280.00 m，上游堰面铅直，堰顶上游堰头为三圆弧曲线，下游堰面为WES曲线y=x1.85/2*0.90.85；下游坝坡1∶0.8，下接反弧半径R=8 m，挑坎顶高程255.75 m，挑射角为25 °。建基面高程为248.84 m～250.76 m，最大坝高31.16 m。

非溢流坝段：非溢流坝段坝顶高程283.53 m，坝顶宽3 m，坝体上游面铅直，下游坝体281.00 m高程以上铅直，281.00 m高程以下1∶0.8，最大坝高34.67 m。

坝体材料分区：坝底部采用2 m厚C15砼垫层，上游坝面采用M7.5浆砌C15砼预制块厚0.3 m，其后设0.5 m厚C20砼防渗心墙，坝体内部采用M7.5浆砌块石。

3 砌石坝水力计算

（1）泄流能力计算

溢流坝段坝顶高程280.00 m，溢流段长30 m。溢流堰面采用WES实用堰，堰面曲线为y=x1.85/2×1.00.85。开敞式溢流堰的泄流能力按下式计算：

式中：Q——流量，m3/s；C——上游面坡度影响修正系数，上游面铅直时，取1.0；

m——流量系数；ε——侧收缩系数；δs——淹没系数，视泄流的淹没程度定，不淹没时取1.0；B——溢流堰净宽，m；g——重力加速度，m/s2；Hw——计入行进流速的堰上总水头，m。

经计算，堰顶水位～流量关系见（表1）。

经水库调洪计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时洪峰流量为87 m3/s，最大下泄量为72.62 m3/s，洪水位为281.06 m；水库设计洪水（洪水频率为5%）时洪峰流量为61 m3/s，最大下泄量为47.47 m3/s，洪水位为280.80 m。

（2）挑流消能水力计算

本工程若采用底流消能，需要很长的护坦，工程投资较大，由于坝址下游出露岩层为细碧岩，其岩石的抗冲能力较强，因此，宜采用挑流消能。根据规范及相似工程实例，结合本工程实际，经多方案比较计算，挑流消能的挑射角选25°，反弧半径定为8 m，挑坎顶高程为255.75 m，挑坎底高程255 m。

挑流消能的水舌抛距用下式计算：

式中：L——水舌抛距，m；g——重力加速度，m/s2；v1——坎顶水面流速，m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计；θ——鼻坎的挑角，25 °；h1——坎顶垂直方向水深，m；h2——坎顶至河床面高差，m；

冲刷坑深按下式计算：

式中：tk——最大冲坑水垫厚度，自水面算至坑底，m；k——冲刷系数，下游为风化细碧岩取1.4；q——单宽流量，m3/（s.m）；H——上下游水位差，m；ts——冲坑深，m；ht——冲刷坑后的下游水深，m。

经计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时抛距为28.28 m，冲坑深为3.96 ms，比降为0.14；水库设计洪水（洪水频率为5%）时抛距为19.2 m，冲坑深为3.21 m，比降为0.17。

4 结语

根据以上水力计算可知，冲刷坑深度与挑流水舌抛距之比i〈0.2，挑流消能引起的冲刷坑不会危及坝基安全，因此挑流消能的挑射角选25 °、反弧半径定为8 m是合适的，结合稳定计算结果可知，砌石坝结构布置是基本合理的。endprint

摘 要：盘古山水库是一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。砌石坝沿坝轴线从左至右分别为左岸非溢流坝段、溢流坝段与右岸非溢流坝段，溢流坝段为开敞式溢流堰，下游采用挑流消能。

关键词：盘古山水库 浆砌石重力坝 开敞式溢流堰 挑流消能

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0091-01

1 水库概况

盘古山水库为一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。坝址位于驻马店市泌阳县盘古山村委，属长江流域泌阳河支流甜水河上游。坝址距沪陕高速公路约10 km，三面环山，北到西窑庄。水库下游有现家庄、擂鼓台庄、河北庄（即明德庄）、学层庄、泰山庙庄等村庄，保护区内人口约800人，耕地面积为2000亩。该水库以上总流域面积1.62 km2，河道长度1.072 km，比降0.0833。地形变化为三面环山。部分岩石裸露，山区植被较好，两岸山坡较陡，属季节性河流，平时基流很小，汛期峰流量大。该水库为小（2）型水库，工程等级为Ⅴ等，水库防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

2 砌石坝结构布置

（1）坝体布置

盘古山水库砌石坝根据地形、地质条件，沿坝轴线从左至右桩号0+015.5至桩号0+145为左岸非溢流坝段，桩号0+145至桩号0+175为溢流坝段；桩号0+175至桩号0+232.2为右岸非溢流坝段。坝轴线全长216.7 m。

溢流坝段坝顶高程为280.00 m，最大坝高31.16 m，最大坝长29.01 m；非溢流段坝顶高程为283.53 m，栏杆顶高程为284.63 m，最大坝高34.67 m，最大坝长27.11 m。

（2）坝体断面设计

溢流坝段剖面设计：溢流坝段为开敞式溢流堰，坝顶高程280.00 m，上游堰面铅直，堰顶上游堰头为三圆弧曲线，下游堰面为WES曲线y=x1.85/2*0.90.85；下游坝坡1∶0.8，下接反弧半径R=8 m，挑坎顶高程255.75 m，挑射角为25 °。建基面高程为248.84 m～250.76 m，最大坝高31.16 m。

非溢流坝段：非溢流坝段坝顶高程283.53 m，坝顶宽3 m，坝体上游面铅直，下游坝体281.00 m高程以上铅直，281.00 m高程以下1∶0.8，最大坝高34.67 m。

坝体材料分区：坝底部采用2 m厚C15砼垫层，上游坝面采用M7.5浆砌C15砼预制块厚0.3 m，其后设0.5 m厚C20砼防渗心墙，坝体内部采用M7.5浆砌块石。

3 砌石坝水力计算

（1）泄流能力计算

溢流坝段坝顶高程280.00 m，溢流段长30 m。溢流堰面采用WES实用堰，堰面曲线为y=x1.85/2×1.00.85。开敞式溢流堰的泄流能力按下式计算：

式中：Q——流量，m3/s；C——上游面坡度影响修正系数，上游面铅直时，取1.0；

m——流量系数；ε——侧收缩系数；δs——淹没系数，视泄流的淹没程度定，不淹没时取1.0；B——溢流堰净宽，m；g——重力加速度，m/s2；Hw——计入行进流速的堰上总水头，m。

经计算，堰顶水位～流量关系见（表1）。

经水库调洪计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时洪峰流量为87 m3/s，最大下泄量为72.62 m3/s，洪水位为281.06 m；水库设计洪水（洪水频率为5%）时洪峰流量为61 m3/s，最大下泄量为47.47 m3/s，洪水位为280.80 m。

（2）挑流消能水力计算

本工程若采用底流消能，需要很长的护坦，工程投资较大，由于坝址下游出露岩层为细碧岩，其岩石的抗冲能力较强，因此，宜采用挑流消能。根据规范及相似工程实例，结合本工程实际，经多方案比较计算，挑流消能的挑射角选25°，反弧半径定为8 m，挑坎顶高程为255.75 m，挑坎底高程255 m。

挑流消能的水舌抛距用下式计算：

式中：L——水舌抛距，m；g——重力加速度，m/s2；v1——坎顶水面流速，m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计；θ——鼻坎的挑角，25 °；h1——坎顶垂直方向水深，m；h2——坎顶至河床面高差，m；

冲刷坑深按下式计算：

式中：tk——最大冲坑水垫厚度，自水面算至坑底，m；k——冲刷系数，下游为风化细碧岩取1.4；q——单宽流量，m3/（s.m）；H——上下游水位差，m；ts——冲坑深，m；ht——冲刷坑后的下游水深，m。

经计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时抛距为28.28 m，冲坑深为3.96 ms，比降为0.14；水库设计洪水（洪水频率为5%）时抛距为19.2 m，冲坑深为3.21 m，比降为0.17。

4 结语

根据以上水力计算可知，冲刷坑深度与挑流水舌抛距之比i〈0.2，挑流消能引起的冲刷坑不会危及坝基安全，因此挑流消能的挑射角选25 °、反弧半径定为8 m是合适的，结合稳定计算结果可知，砌石坝结构布置是基本合理的。endprint

摘 要：盘古山水库是一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。砌石坝沿坝轴线从左至右分别为左岸非溢流坝段、溢流坝段与右岸非溢流坝段，溢流坝段为开敞式溢流堰，下游采用挑流消能。

关键词：盘古山水库 浆砌石重力坝 开敞式溢流堰 挑流消能

中图分类号：TV641 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0091-01

1 水库概况

盘古山水库为一座拟建水库，坝体拟采用浆砌石重力坝型式。坝址位于驻马店市泌阳县盘古山村委，属长江流域泌阳河支流甜水河上游。坝址距沪陕高速公路约10 km，三面环山，北到西窑庄。水库下游有现家庄、擂鼓台庄、河北庄（即明德庄）、学层庄、泰山庙庄等村庄，保护区内人口约800人，耕地面积为2000亩。该水库以上总流域面积1.62 km2，河道长度1.072 km，比降0.0833。地形变化为三面环山。部分岩石裸露，山区植被较好，两岸山坡较陡，属季节性河流，平时基流很小，汛期峰流量大。该水库为小（2）型水库，工程等级为Ⅴ等，水库防洪标准为20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

2 砌石坝结构布置

（1）坝体布置

盘古山水库砌石坝根据地形、地质条件，沿坝轴线从左至右桩号0+015.5至桩号0+145为左岸非溢流坝段，桩号0+145至桩号0+175为溢流坝段；桩号0+175至桩号0+232.2为右岸非溢流坝段。坝轴线全长216.7 m。

溢流坝段坝顶高程为280.00 m，最大坝高31.16 m，最大坝长29.01 m；非溢流段坝顶高程为283.53 m，栏杆顶高程为284.63 m，最大坝高34.67 m，最大坝长27.11 m。

（2）坝体断面设计

溢流坝段剖面设计：溢流坝段为开敞式溢流堰，坝顶高程280.00 m，上游堰面铅直，堰顶上游堰头为三圆弧曲线，下游堰面为WES曲线y=x1.85/2*0.90.85；下游坝坡1∶0.8，下接反弧半径R=8 m，挑坎顶高程255.75 m，挑射角为25 °。建基面高程为248.84 m～250.76 m，最大坝高31.16 m。

非溢流坝段：非溢流坝段坝顶高程283.53 m，坝顶宽3 m，坝体上游面铅直，下游坝体281.00 m高程以上铅直，281.00 m高程以下1∶0.8，最大坝高34.67 m。

坝体材料分区：坝底部采用2 m厚C15砼垫层，上游坝面采用M7.5浆砌C15砼预制块厚0.3 m，其后设0.5 m厚C20砼防渗心墙，坝体内部采用M7.5浆砌块石。

3 砌石坝水力计算

（1）泄流能力计算

溢流坝段坝顶高程280.00 m，溢流段长30 m。溢流堰面采用WES实用堰，堰面曲线为y=x1.85/2×1.00.85。开敞式溢流堰的泄流能力按下式计算：

式中：Q——流量，m3/s；C——上游面坡度影响修正系数，上游面铅直时，取1.0；

m——流量系数；ε——侧收缩系数；δs——淹没系数，视泄流的淹没程度定，不淹没时取1.0；B——溢流堰净宽，m；g——重力加速度，m/s2；Hw——计入行进流速的堰上总水头，m。

经计算，堰顶水位～流量关系见（表1）。

经水库调洪计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时洪峰流量为87 m3/s，最大下泄量为72.62 m3/s，洪水位为281.06 m；水库设计洪水（洪水频率为5%）时洪峰流量为61 m3/s，最大下泄量为47.47 m3/s，洪水位为280.80 m。

（2）挑流消能水力计算

本工程若采用底流消能，需要很长的护坦，工程投资较大，由于坝址下游出露岩层为细碧岩，其岩石的抗冲能力较强，因此，宜采用挑流消能。根据规范及相似工程实例，结合本工程实际，经多方案比较计算，挑流消能的挑射角选25°，反弧半径定为8 m，挑坎顶高程为255.75 m，挑坎底高程255 m。

挑流消能的水舌抛距用下式计算：

式中：L——水舌抛距，m；g——重力加速度，m/s2；v1——坎顶水面流速，m/s，按鼻坎处平均流速v的1.1倍计；θ——鼻坎的挑角，25 °；h1——坎顶垂直方向水深，m；h2——坎顶至河床面高差，m；

冲刷坑深按下式计算：

式中：tk——最大冲坑水垫厚度，自水面算至坑底，m；k——冲刷系数，下游为风化细碧岩取1.4；q——单宽流量，m3/（s.m）；H——上下游水位差，m；ts——冲坑深，m；ht——冲刷坑后的下游水深，m。

经计算，得水库校核洪水（洪水频率为0.5%）时抛距为28.28 m，冲坑深为3.96 ms，比降为0.14；水库设计洪水（洪水频率为5%）时抛距为19.2 m，冲坑深为3.21 m，比降为0.17。

4 结语

根据以上水力计算可知，冲刷坑深度与挑流水舌抛距之比i〈0.2，挑流消能引起的冲刷坑不会危及坝基安全，因此挑流消能的挑射角选25 °、反弧半径定为8 m是合适的，结合稳定计算结果可知，砌石坝结构布置是基本合理的。endprint