江龙水库泄洪消能建筑物设计

徐显

摘 要：江龙水库是江龙镇农村人畜饮水和灌溉用水理想的供水水源，为最大限度地发挥水库供水功能和效益，合理确定泄水建筑物结构形式和控制泄洪流量尤为重要。通过详细论证分析，计算成果表明：开敞式溢洪道方案与枢纽布置匹配性较好，各工况下泄流能力均满足设计下泄流量要求。开敞式溢洪道泄洪方案布置合理，结构参数和底流消能均满足规范要求。

关键词：泄水建筑物;溢洪道;消力池;江龙水库

中图分类号：TV653文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）01-0060-03

Abstract： Jianglong reservoir is an ideal water supply source for drinking water and irrigation water for rural people and livestock in Jianglong town. In order to maximize realize the reservoir water supply function and benefit， it is particularly important to determine the water discharge structural form and flood discharge control method. Through detailed demonstration and analysis， the calculation results show that the open spillway scheme well matches with the head junction layout， and the discharge capacity at each working condition can meet the design discharge requirements. The open spillway layout is reasonable， and the structural parameters and energy dissipation of underflow also can meet the standards requirements.

Keywords： discharge structure;spillway;stilling basin;Jianglong reservoir

1 工程概況

江龙水库位于六志河上游，六志河属珠江流域北盘江水系红纳河右岸一级支流，发源于江龙镇与革利乡交界地梁子上，河源高程1 645 m。江龙水库工程任务为集镇及农村人、畜供水和灌溉。江龙水库枢纽由挡水建筑物、泄水建筑物、取水（兼放空）建筑物等组成。水库校核洪水位1 252.76 m，总库容238万m3;正常蓄水位1 250.00 m，相应库容195万m3。枢纽建筑物工程等别为Ⅳ等，工程规模属小（1）型。水库建设凸显“水系民生、水系小康、水系和谐”的现代水利理念，对保障江龙集镇、农村人、畜饮水和水库坝址至下游江龙镇耕地灌溉用水具有积极作用。

2 工程开发任务

据镇宁县实测气象资料统计，江龙水库供水区域有三年一小旱、十年一大旱的特点，也有1962—1963、1986—1987、2009—2010年等连续干旱的情况。特别是2009年底至2010年5月，贵州省发生百年一遇的旱情，供水区域内灾情严重，境内溪沟、泉点、水井基本干枯，完全依靠政府组织的车队从境外拉水救灾或村民自发地进行人挑、马驼补给，以解决当地人畜用水问题。可见，江龙集镇农村人、畜饮水极为困难，缺乏稳定的水源工程，急需加大水利投资，建设一批抗旱应急水源工程，保障极端气候下当地群众正常的生产生活用水。兴建江龙水库能解决江龙集镇用水，以及江龙镇猛正、岩上、猫猫冲、杨柳及革利乡棉花冲、板尧、瓦窑等村寨的农村人、畜饮水和灌溉用水。江龙水库水质较好，符合国家地表水环境质量标准的Ⅱ类水要求，是农村人、畜饮水和灌溉用水理想的供水水源，因此，修建江龙水库是非常有必要的。

3 坝址区工程地质条件

江龙坝址河谷为基本对称“V”字型谷，坝址段河流流向为南北向，至下游冲沟交汇处后转为北西向，河床宽2～30 m，高程为1 207.8～1 221.7 m。左岸为斜坡带，地形坡度为30°～55°。右岸为一孤立山头，顶部高程为1 266.2 m;山头右侧为一较宽缓冲沟，冲沟底部高程为1 218～1 244 m;右岸山头与上游岸坡之间分布有垭口地形，垭口处地表高程为1 251.3 m，两岸坡面以灌木林为主，右岸坡脚缓坡带为农田。坝址区出露为二叠系上统吴家坪组第二段（P3w2）、二叠系上统长兴组第一段（P3c1）及第四系（Q）。坝址区发育革窍逆断层F1，断层面由上坝址左岸往下游右岸方向延伸，于下坝址与河床小角度斜交，上盘岩层产状110°～122°∠40°～50°，下盘岩层产状100°～131°∠14°～30°。坝基岩性为燧石灰岩和泥质层理钙质砂岩，均为较硬岩，其中，弱风化燧石灰岩单轴饱和抗压强度为45 MPa<[Rc]<55 MPa，属BⅢ1类岩体;弱风化泥质层理钙质砂岩单轴饱和抗压强度为35 MPa<[Rc]<40 MPa，属BⅣ1类岩体。

4 泄水建筑物设计

4.1 溢洪道结构布置

江龙水库大坝为碾压混凝土重力坝，泄洪建筑物设置为开敞式溢洪道，桩号为坝0+056.25 m～0+068.25 m，为不设闸单孔溢洪道[1]。溢流坝段典型剖面如图1所示。

溢洪道布置于大坝中部，桩号为坝0+056.25 m～0+068.25 m，为不设闸单孔溢洪道。溢洪道堰顶高程为1 250.00 m，溢流净宽为10.0 m。溢流面采用C30钢筋混凝土结构，两侧设钢筋混凝土导墙。溢流堰采用WES型实用堰，上游面采用椭圆曲线，长半轴[a]=0.667 m，短半轴[b]=0.383 m，下游幂曲线方程为[y=0.246x1.85]。溢流头后接坡比1∶0.75的泄槽段，泄槽通过半径为10 m的反弧段与消力池相接。消力池底板高程为1 207.50 m，消力池宽为10.0 m，底板采用厚度为1.0 m的C30二级配钢筋混凝土，边墙高7.5 m，顶宽1.0 m，为C30二级配钢筋混凝土结构;消力池消能防冲按20年一遇洪水设计，[Q]=55.6 m3/s。消力池底板设置Φ25水泥砂浆锚杆，锚杆长4.5 m，间排距3.0 m，为降低扬压力，考虑在消力池底板设置Φ100的排水孔，排水孔间排距为2.0 m，孔深为2.0 m。

4.2 泄水建筑物计算

4.2.1 泄流能力计算。溢洪道堰顶高程为1 250.00 m，堰型为WES实用堰，溢流净宽为10.0 m。泄流能力按《混凝土重力坝设计规范》（SL 319—2018）推荐公式进行计算[2]，即

式中：[Q]为流量，m3/s;[b]为单孔宽度，取10 m;[n]闸孔数目，1孔;[m]为流量系数;[c]为上游堰坡影响修正系数;[ε]为闸墩侧收缩系数，计算公式为式（2）;[σs]为淹没系数，不淹没时取1.0;[H0]为堰上总水头，m。

其中，[ζ0]为中墩形状系数;[ζk]为边墩形状系数。

根据江龙水库洪水调度方式，分析特征水位时下泄流量计算成果，如表1所示。

从表1可知，校核洪水位时，下泄流量[Q]=99.69 m3/s>[Q需校]=94.10 m3/s，设计洪水位时，下泄流量[Q]=62.12 m3/s>[Q需设]=61.40 m3/s，满足泄洪要求，溢洪道结构尺寸设计合理。

4.2.2 泄槽水面線计算。按《溢洪道设计规范》（SL 253—2018）规定，泄槽上游接实用堰时，起始计算断面水深[h1]小于临时水深[hk]。分析得到校核工况下泄槽水面线及边墙高度计算成果[3-6]，如表2所示。

4.2.3 消力池边墙抗滑稳定计算。消力池长度[L]=24.49 m，消力池等宽，结合消力池出口地形，设计消力池长度为25.0 m，最终消力池底板高程1 207.50 m，边墙高7.5 m，边墙顶部高程1 214.00 m。根据《溢洪道设计规范》（SL 253—2018），消力池底板抗滑稳定复核计算公式为：

式中：[K]为按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数，规范要求，基本组合情况[K]≥1.05，特殊组合情况[K]≥1.00;[f]为边墙混凝土与基岩接触面的抗剪摩擦系数，取0.35;[∑W]为作用于边墙上的全部荷载对滑动平面的法向分值，kN;[∑P]为作用于边墙上的全部荷载对滑动平面的切向分值，kN。

消力池边墙抗滑稳定计算成果如表3所示。

由表3可知，消力池边墙抗滑稳定安全系数满足规范要求。

5 结论

①江龙集镇的供水主要依靠母猪塘泉水，农村基本依靠山涧出露的泉点，供水保证率低，水量得不到保障，饮水安全得不到保障。兴建江龙水库能解决江龙集镇用水，以及江龙镇猛正、岩上、猫猫冲、杨柳及革利乡棉花冲、板尧、瓦窑等村寨的农村人、畜饮水和灌溉用水。

②泄洪建筑物布置于大坝中部，论证分析和设计计算采用的开敞式溢洪道方案，各工况下泄流能力均满足设计下泄流量要求，具有较高的技术可行性和经济优越性。

③泄消能建筑物采用底流消能方式，各工况下消力池边墙抗滑稳定安全系数满足规范要求，边墙抗滑稳定性好。

参考文献：

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