盘县白河沟水利工程溢洪道设计

□娄作兴（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1.工程概况

盘县白河沟水利工程，位于贵州省西南部六盘水市盘县平关镇，与云南省富源县相邻。其地理位置为东经104°18′～104°23′，北纬 25°36′～25°44′。

水库枢纽所在河流为江浪河，属珠江流域南盘江水系，是南盘江左岸的三级支流。江浪河流域集水面积140.2km2，主河道长35 km，河道比降11.5‰。白河沟坝址以上控制集水面积88.5 km2，主河道长19.4km，河道比降20.8‰。

本工程的主要任务是城镇供水，其受水区为盘县县城，设计年供水量2000万m3（P=95%）。

枢纽由拦河坝（钢筋混凝土面板堆石坝）+泄洪建筑物（右岸泄洪洞+左岸坝顶溢洪道）+输水建筑物（提水泵站+输水管道）组成。

水库正常蓄水位1840.00m，正常蓄水位以下库容1400万m3，设计洪水位1841.09 m，相应库容1530万m3，校核洪水位1842.26m，总库容1670万m3。兴利库容1083万m3。根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定，该水库为中型水库，工程规模属中型，工程等别为ⅠⅠⅠ等。挡水建筑物(大坝)、泄洪建筑物(溢洪道和泄洪洞)等主要建筑物为3级建筑物，提水泵站、输水管道、输水隧洞等建筑物为4级，临时性水工建筑物为5级建筑物。

根据工程等级及建筑物级别，相应的洪水标准如下：大坝(混凝土面板堆石坝)、溢洪道、泄洪兼放空隧洞为50年一遇洪水设计（P=2%），1000年一遇洪水校核（P=0.1%），消能防冲标准按30年一遇洪水设计（P=3.33%）。泵站（库内）：为50年一遇洪水设计（P=2%），1000年一遇洪水校核（P=0.1%）。输水建筑物：管道、隧洞为10年一遇洪水设计（P=10%），30年一遇洪水校核（P=3.33%）。

2.首部枢纽布置

2.1 坝址地形地质条件

坝址河段河床高程1801m，正常蓄水位高程河谷宽185m，河谷为不对称宽“V”型河谷，左右岸均为陡坡，且山体较高，两岸基岩裸露。两肩分布基岩主要为T1yn1～3～3上部为深灰色中厚层灰岩，右岸1830m高程以上为T1yn1～3～4的泥质灰岩及泥灰岩夹灰岩及钙质泥岩薄层，属中硬质岩类，薄—中厚层状结构，强风化深（法向厚度）7～9m，强风化带裂隙多张开夹泥，岩溶发育，岩体透水性较大。弱风化带岩体完整性较好，强度较高，岩体质量为BⅢ2级，抗滑、抗变形能力较强，岩体承载力大。

工程区位于富源与盘县之间，根据《中国地震动参数区划图》，工程区地震动参数为0.45s，峰值加速度为0.1g，相应地震基本烈度为Ⅶ度，本工程建筑物按Ⅶ度设防。

1.2 首部枢纽布置

本工程首部枢纽主要建筑物包括大坝(混凝土面板堆石坝)、溢洪道(坝顶开敞式溢洪道)、泄洪兼放空隧洞等，工程布置如下：

2.2.1 拦河坝：大坝坝型采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程1844.40 m，防浪墙顶高程1845.6 0 m，河床趾板建基面高程1785.00m，最大坝高59.40 m。坝顶长186.60 m，坝顶路面净宽度为7.50m，考虑上游防浪墙厚及下游挡墙厚，坝顶总宽度定为8.0m，上下游坝坡均为1：1.4。

2.2.2 坝顶开敞式溢洪道：坝顶溢洪道是布置于面板堆石坝上，位于坝体左坝段，溢洪道中心线桩号为横左0+019.500处，由溢流堰进口段、泄槽、挑流鼻坎组成。进口段设2孔，每孔净宽15 m，中间设1 m的中墩，溢流堰采用驼峰堰，堰顶高程为1840 m，堰上不设闸门，溢流前沿净宽30 m。泄槽由3段组成，坡比依次为 1：1.4、1：40和 1：1.4。

2.2.3 右岸泄洪隧洞兼放空隧洞：泄洪洞布置在右岸，由施工导流洞进口采用“龙抬头”形式改建而成，洞身流态采用进口设置有压短管、洞身无压的型式，平板检修闸门与弧形工作闸门均设置于隧洞进口，进口底板高程1811m，隧洞总长387.526m。

3.溢洪道设计

3.1 溢洪道布置

经过初步设计阶段对泄洪方式的比较，确定采用泄洪洞+坝顶溢洪道的联合泄洪方案，通过水库调洪计算，在设计频率P=2%时溢洪道和泄洪洞分别下泄57m3/s和287m3/s，在校核频率P=0.1%时溢洪道和泄洪洞分别下泄164 m3/s和293.4 m3/s，图1为溢洪道纵剖视图。

图1 溢洪道纵剖视图

溢洪道布置于左岸坝段坝顶，轴线位于横左0+019.500 m桩号处，为开敞式自由溢流溢洪道。溢流堰顶高程1840.00m，溢流净宽30.0 m，共2孔，中间设置1.0 m厚的桥墩，溢流堰堰面曲线为圆弧曲线，半径24.745m，圆心角71.08°，上游与大坝钢筋混凝土面板相接，下游接泄槽段，溢洪道在桩号溢0+033.909 m以上部分基础置于大坝碾压堆石体上。在堆石体与溢洪道底板之间设置水平宽度为2.4 m的C15混凝土垫层，并分别于1827.0m和1837.5m高程设置水平地锚梁增加溢洪道底板稳定性；溢0+033.909m以下基础坐落于基岩上。溢0+014.383～溢0+038.111m段泄槽底坡为1∶1.4，溢0+038.111～溢0+042.561m为圆弧段，圆弧半径8.0 m，圆心角34.11°，溢0+042.561～溢0+078.570 m段泄槽底坡为1∶40，溢0+078.570～溢0+084.616 m段为抛物线连接段，抛物线方程为y=0.025x+0.057x2，溢0+084.616～溢0+100.196m段泄槽底坡为1∶1.4，溢0+100.196～溢0+104.570 m段为出口挑流鼻坎段，圆弧半径为5.0 m，圆心角50.54°，挑射角15°。溢0+014.383～溢0+032.719m段泄槽宽度为31.0，溢0+032.719～溢0+036.124m段泄槽左右边墙均采用半径为23.0m,圆心角8.51°的圆弧连接，溢0+036.124～溢0+104.570m段泄槽宽度由30.493m收缩至10.0m。溢洪道泄槽横断面为矩形，边墙和底板均采用C25钢筋混凝土浇筑而成。

3.2 溢洪道设计计算

3.2.1 结构计算：溢洪道结构计算采用有限元计算，经对计算结果进行分析可知，溢洪道建在碾压堆石体上是可行的，堆石体沉降对溢洪道影响很小，对溢洪道安全运行不产生影响。

3.2.2 泄流能力计算：通过理论计算和水工模型实验成果进行对照分析可知，水工模型实验溢洪道下泄流量约大于理论计算流量，溢洪道泄洪能力满足相应标准时洪水下泄要求。

表1 盘县白河沟溢洪道泄流能力理论计算与水工模型实验对照表

3.2.3 下游消能防冲计算：通过对下游消能防冲的计算分析，下游冲坑深度不大，坡度较缓，不影响任何建筑物和下游两岸坡安全，所以选择挑流消能方式是合理的。

表2 盘县白河沟溢洪道下游消能计算成果表

4.结语

在峡谷地区修建面板堆石坝绝大多数将溢洪道布置成岸边溢洪道，这样会增加岸坡开挖高度，挖方量和边坡处理量增大，溢洪道投资在整个工程中投资比例增加。近年来不断通过工程实践，在混凝土面板堆石坝坝顶设置溢洪道已经逐渐成熟，减少了工程投资，给枢纽布置带来方便，但施工干扰大，随着施工技术和施工机械的更新发展，混凝土面板堆石坝坝顶设置溢洪道将带来巨大的经济效益。