山口岩水利枢纽工程拦河泄洪闸布置方案比选

冯绍好　孙华云（江西省水利水电建设有限公司　江西　南昌　330025）

山口岩水利枢纽工程拦河泄洪闸布置方案比选

冯绍好孙华云
（江西省水利水电建设有限公司江西南昌330025）

本文基于山口岩水利枢纽工程拦河枢纽布置及泄洪方式，从工程安全、施工条件、工程布置、工程投资和运行管理等几个方面进行分析。本文的研究目的在于突出拦河泄洪闸设计中的重点问题，包括泄洪冲砂闸孔口宽度的确定、引水枢纽输砂能力的分析等，以期对同类工程起到借鉴作用。

拦河泄洪闸；方案；比选

1　概况

山口岩水利枢纽工程位于萍乡市芦溪县上埠镇境内，距萍乡市约30km，距芦溪县城约7.6km。坝址地处赣江一级支流袁河上游，是一座具有防洪、供水、发电、灌溉等综合效益的水利枢纽工程。该工程对外交通条件较好。现有公路直通坝址，该公路萍乡市至芦溪段22.4km为国道，芦溪至坝址7.6km（其中4.6km为二级公路，3.0km为四级公路），施工期间工程设备和材料等物资均可通过现有公路进场。

本工程水库总库容为1.0528×108m3，电站装机总容量12MW，工程等别Ⅱ等，属大（2）型工程。根据本工程等别，确定其大坝、泄洪及放空洞为2级建筑物，引水建筑物为3级建筑物，发电厂房为4级建筑物。本工程多年平均日供水量20×104t，属中型工程。供水工程等别为三等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。

2　拦河泄洪闸布置方案的比选

经过水文分析，本工程设计洪水重现期采用30年一遇，设计洪水流量为1935m3/s。校核洪水重现期100年一遇，校核洪水流量为2700m3/s。原工程设计中由于实测系列较短（仅27年），也未发生1999年特大洪水。虽然采用了较高的重现期，但拦河闸设计洪水流量为1140m3/s（P=1%），校核洪水流量为1465m3/s（P=0.2%），比现状设计洪水流量1935m3/s少了795m3/s，比校核洪水流量2700m3/s小了1235m3/s。经水力计算复核，原拦河闸实际的最大过洪流量为1718m3/s。比校核洪水流量2700m3/s泄洪能力小了982m3/s。

为满足拦河闸的过洪要求，共拟定了三个布置方案，即增加闸室高度，以满足闸室安全超高的要求，保证泄洪安全的方案（加高方案）为方案一；在拦河闸左侧增加泄洪闸室宽度（加宽方案）为方案二；在原拦河闸左岸增加泄洪闸、右岸增设泄洪冲砂闸方案（加宽加泄洪冲砂闸方案）为方案三。

2.1方案一（加高方案）

2.1.1设计标准

本拦河泄洪枢纽工程等级为Ⅱ等，工程规模为大（2）型。设计洪水标准选用30年重现期，校核洪水重现期为100年一遇。相应洪水流量及水位如下：

设计洪水P=3.3%，设计洪水流量Q设=1935m3/s，相应闸前水位1480.51m；

校核洪水P=1.0%，校核洪水流量Q校=2700m3/s，相应闸前水位1481.52m。

2.1.2加高措施

维持现有拦河泄洪闸总宽度不变，保留13孔泄洪闸，并将靠近引水口1孔泄洪闸改成2孔冲砂闸。改造后泄洪闸加冲砂闸孔口净宽111m。根据设计洪水标准及规范规定的安全超高要求，采用加高闸墩高度，满足安全泄洪要求。具体工程措施是在现有闸室前增建新的闸室，维持现有闸底板高程1476.50m不变。经水力学计算，当校核洪水为100年一遇时，闸顶高程为1483.20m，闸墩高6.7m，比原闸顶抬高1.3m。相关水力要素如表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（加宽方案）

2.2.1设计标准

工程等别，设计洪水重现期及洪峰流量同方案一。设计洪水位为：正常设计引水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；设计洪水位高程1479.55m（P=3.3%）；校核洪水位高程1480.30m（P=1.0%）。

2.2.2加宽措施

在已建拦河闸左侧（北岸）增建拦河闸8孔，改造后泄洪闸加冲砂闸孔口总净宽175m。由于老闸室抗滑稳定不满足要求，为了减少拆除工程量，在老闸室前增建检修门槽闸墩。经水力学计算需新增泄洪宽度64m，每孔净宽8m，计8孔。闸底板高程1476.50m，闸顶高程1481.90m，闸墩高5.4m。有关水力要素如表2所示。

2.3方案三（加宽加泄洪冲砂闸方案）

2.3.1设计标准

工程等别，设计洪水重现期及洪峰流量同方案一。设计洪水位如下：正常设计挡水位高程1478.70m（Q引=110m3/s）；设计洪水位高程1479.60m（P=3.33%）；校核洪水位高程1480.35m（P=1.0%）。

2.3.2加宽加泄洪冲砂闸措施

在已建拦河闸左侧（北岸）增建拦河泄洪闸6孔，单孔净宽8m；在已建拦河闸右侧（南岸）增建泄洪冲砂闸4孔，单孔净宽4m。改造后泄洪闸加冲砂闸孔口净宽175m。闸孔宽和闸室结构尺寸与已建拦河闸基本相同。由于老闸室没有设置检修门，为便于检修，在老闸室前增加闸室长度2.5m。拦河闸底板高程1476.50m，闸顶高程均为1481.9m，闸墩高5.4m。为提高冲砂效果，泄洪冲砂闸底板高程为1476.00m，有关水力要素如表3所示。

表3　　水力要素表（方案三）

表4　　拦河泄洪闸布置方案比较表

3　方案分析

3.1方案一（加高方案）

（1）优点

单宽流量较大，在设计（P=3.33%）和校核（P=1.0%）洪水位时，过闸单宽流量18m3/s· m～25m3/s·m，水力条件较为合理。增加闸室长度，将闸室改为整体式，有效解决抗滑稳定，并增加闸室抗震稳定性。没有增加闸前的河道宽度，有利闸前河床稳定。可以使原闸室圬工结构及工作闸门存在的缺陷及安全隐患得到彻底加固、更新、改造。基础挖深较浅，基坑排水难度小，有利于加快施工进度，缩短工期。

（2）缺点

单宽流量较大，过闸流速较大，加剧闸后河床下切，需采取较完善的防冲消能工程措施。闸前水位较高，右岸约250m长防洪堤需加高，最大加高1.5m左右，增大了闸前两岸的防洪压力。增加了闸室的高度，加大了拦河闸闸墩的砼工程量。导流工程较复杂，导流围堰及临时交通桥工程量较大，施工难度较大。

3.2方案二（加宽方案）

（1）优点

过闸单宽流量及流速较小，防冲消能较简单。施工导流较简单，可采用分期导流方式，导流工程量小。设计和校核洪水位相应较低，闸前基本不壅水，右岸前导流堤不需加高。闸前防洪压力小。

（2）缺点

闸前河床较宽，打破现有闸前后冲淤平衡关系，河相系数已达3.38，新增的泄洪闸前，由于开闸泄洪几率很小，势必导致闸前淤积，单宽流量和流速较小，不利于冲砂。扩宽部分的基础开挖较深，基坑排水工程量大，施工较困难，工期较长。拆除工程量和新建工程量大，金属结构，消能裙板更新工程量大。闸孔多，操作运行管理复杂，维修养护工程量大，运行成本高。

3.3方案三（加宽加泄洪冲砂闸方案）

（1）优点

在设计（P=3.3%）和校核（P=1%）洪水位时，过闸单宽流量11m3/s～15m3/s，过闸单宽流量及流速较小，防冲消能较简单。水力条件较经济合理。施工导流最简单，可采用分期导流方式，导流工程量最小。设计和校核洪水位相应较低，闸前基本不壅水，右岸前导流堤无需加高。闸前防洪压力较小。靠近引水系统新增的泄洪冲砂闸可防止泥砂入渠。老闸墙基础挖深较浅，基坑排水难度小，有利于加快施工进度，缩短工期。工程量及工程投资相应较小。

（2）缺点

虽闸前加宽河床较少，但仍然影响现有闸前后冲淤平衡关系。增大了扩宽部分的基础开挖工程量，基坑排水工程量大。闸孔较多，操作运行管理较复杂。

4　方案比选

根据上述对三个方案优缺点的分析，经综合比选，从工程安全、施工条件、工程布置、工程投资和运行管理等几个方面进行对比，结果见表4。

根据上述三个方案的优缺点，方案三具有引水、防砂工程性能最佳和工程投资相对较小的特点，因此在总体上推荐方案三，即：左岸加宽拦河闸，右岸加泄洪冲砂闸方案（加宽加泄洪冲砂闸方案）为本引水枢纽除险加固建设方案。

5　结论

拦河泄洪闸的合理布置是水利枢纽工程设计中的关键技术问题，笔者针对山口岩水利枢纽工程拦河闸的过洪要求，提出三种布置方案，即增加闸室高度，以满足闸室安全超高的要求，保证泄洪安全的方案（加高方案）；在拦河闸左侧增加泄洪闸室宽度（加宽方案）；在原拦河闸左岸增加泄洪闸、右岸增设泄洪冲砂闸方案（加宽加泄洪冲砂闸方案）。并从工程安全、施工条件、工程布置、工程投资和运行管理等几个方面对方案的优缺点进行了分析与比较，选择加宽加泄洪冲砂闸方案为本引水枢纽除险加固建设方案，可供类似工程借鉴。陕西水利

［1］李海涛，周应详.山口拦河引水枢纽工程方案布置比选［J］.新疆水利.2011，（2）:32-35.

［2］邱静，杜涓，黄本胜，赖冠文.低水头拦河水利枢纽布置的探讨［J］.第十七届全国水动力学研讨会暨第六届全国水动力学学术会议文集. 2003:645-651.

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（责任编辑：唐红云）

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