刘星星
(邵阳市水利水电勘测设计院，湖南 邵阳 422000)
秀水水库工程位于绥宁县武阳镇秀水村，控制集雨面积36.8km2，坝址以上河道长15km，河道坡降20‰。秀水水库为年调节水库，以灌溉为主，兼有供水、防洪功能。工程等级为Ⅲ等，主要建筑物及挡水建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级建筑物，临时性建筑物为5级建筑物。水库校核洪水位563.45m、设计洪水位562.75m、正常蓄水位560.5m，相应库容分别为1330万、1281万、1118万m3。
2.1 坝型选择
根据坝址区地形地貌、地层岩性、地质构造等工程水文地质条件，对拱坝、土石坝和重力坝适宜性进行比较，确定推荐重力坝坝型。具体如下：
(1)拱坝。拱坝对拱座(肩)岩体完整性、稳定性及受力均匀性要求高，而坝址处存在以下不利因素：①上坝线虽地形狭窄，但往下游方向渐宽，呈“喇叭”形发散状；
左岸拱座(肩)部位地形等高线与受力方向交角30°左右，不利拱肩受力及稳定。②结构面发育不利拱座(肩)稳定。坝址主要有3组裂隙切割，其中左岸第3组裂隙J1—J4切割深度大，张开宽，延伸长，裂面有碎裂现象，经坡面冲蚀、淋蚀，形成深3～5m的凹槽临空面，在拱肩下游40m范围内分布4处临空凹槽。F8断层倾向下游，断层破碎带宽0.8～1.2m，地表为冲沟临空面，与拱肩最小平距50m左右。③两岸卸荷风化较深，拱坝基础开挖较深，开挖工程量相对较大。
(2)土石坝。工程区域土料场位于坝址上游库区，储量约6万m3。在坝址下游距坝址3.5km左右的双鸣村丘岗山包，土料储量约40万m3。土石坝坝体填筑方量约90万m3，土料储量远不能满足土料填筑需求，且土石坝泄洪只能采用隧洞泄洪，受地形条件限制泄洪设施布置困难，加之土石坝碾压质量要求高，施工质量难控制，易给大坝运行留下安全隐患。
(3)重力坝。重力坝对坝基(肩)岩体完整性、稳定性及受力均匀性要求相对拱坝低，坝址区虽地质构造较复杂，裂隙较发育，但岩体为中至厚层状结构，岩体较完整，岩质坚硬，虽有局部碎裂现象，可以通过固结灌浆加固处理，可以满足重力坝基(肩)抗滑稳定性要求。
2.2 重力坝坝型的选择
根据建筑材料勘探成果，块石料场位于坝址上游右岸库尾马脚湾侧山头，储量>100万m3。岩性为印支期(r5)边缘相细粒花岗岩，储量>100万m3。选择对砼重力坝、堆石砼重力坝、砼砌石重力坝3种型式进行比较。
2.2.1水工布置方面
(1)砼重力坝。在坝中部布置溢流坝段，大坝坝顶轴线总长152.4m，溢流坝段净宽20m，共布置2孔，无闸控制，堰顶高程560.5m，最大坝高57.7m。放水设施布置于大坝左岸非溢流坝段，采用塔式取水方式，通过坝内放水涵管将水放至下游河道，再通过1.5km河道将水引至下游总干渠引水坝。取水塔进水口底板高程525.00m，进水口净宽1.8m，坝内输涵管长33.842m，出口采用挑流消能，鼻坎高程516.75m，反弧半径15.4m，挑射角20°，鼻坎净宽1.8m，进坝公路长6.88km(其中改造进坝公路6km、新建0.88km)。
(2)堆石砼重力坝。堆石砼重力坝布置及体型同砼重力坝，大坝坝顶轴线总长152.4m，溢流坝段净宽20m，共布置2孔，无闸控制，堰顶高程560.5m，最大坝高57.7m。坝体材料采用堆石砼结构，砼为自密实砼。放水设施和进坝公路均同砼重力坝方案。
(3)砌石重力坝。在坝中部布置溢流坝段，大坝坝顶轴线总长152.4m，溢流坝段净宽20m，共布置2孔，无闸控制，堰顶高程560.5m，最大坝高57.7m。坝体材料采用砼砌块石结构，砼为C15细石砼，放水设施和进坝公路均同砼重力坝方案。
从堆石砼重力坝、砼重力坝、砼砌石重力坝坝型枢纽布置来看，3个坝型方案枢纽均采用溢流坝段泄洪，布置紧凑，且堆石砼重力坝工程投资比砼重力坝、砼砌石重力坝投资均少，堆石砼重力坝比砼重力坝少722.87万元、比砼砌石重力坝少344.28万元。具体对比见表1。
表1 坝型方案比较表
2.2.2施工方面
堆石砼重力坝、砼重力坝、砼砌石重力坝方案均采用一次性围断、右岸隧洞导流，整体施工，导流方式相同。砼重力坝方案温控复杂，砼砌石重力坝施工质量较难控制，而堆石砼坝采用先堆石后灌注自密实砼，不需振捣，堆石量占50%，坝体温控简便，施工质量较易控制。因此，从实施的难易程度方面，堆石砼重力坝方案优于砼重力坝、砼砌石重力坝方案。
2.2.3运行方面
堆石砼重力坝、砼重力坝、砼砌石重力坝方案均采用坝中部布置溢流坝段，开敞式自由泄流，运行维护均简便。
综上分析，堆石砼重力坝方案投资较少，施工较简便，工程质量易于控制。因此，推荐堆石砼重力坝方案，采用溢流坝段泄洪。
3.1 闸门型式选择
秀水水库正常蓄水位为560.5m，泄洪流量较小，闸孔尺寸不大，采用平板钢闸门，此闸门制作简单、维护方便。
3.2 孔口尺寸选择
在满足安全渲泄设计和校核洪水的条件下，且根据大坝下游防洪需求，对开敞式无闸控制和闸门控制2种适宜布置方案进行比较。
方案一：开敞式无闸控制。溢流净宽20m，堰顶高程560.5m，水库正常蓄水位560.5m，水库20年一遇洪水位562.51m，相应滞洪库容147万m3。
方案二：闸门控制。溢流净宽18m，设置3孔6m×5m(宽×高)平板闸门控制，堰顶高程556.5m，正常蓄水位560.5m。为保证下游防洪安全，设置防洪库容与防洪高水位。根据下游控制断面洪水分析结果，秀水水库在20年一遇洪水时最大下泄流量小于96m3/s，相应防洪库容62万m3，防洪高水位561.5m，设计洪水位均为561.5m。主要水力学指标及工程量见表2。
表2 泄洪孔口布置方案比较表
从表2中可以看出：方案一比方案二校核洪水位高1.95m，最大坝高高2.4m，具体如下：方案一土建工程量比方案二大，土建投资多153.55万元。由于方案一无闸门及启闭机，金结及启闭机投资比方案二少111.065万元。20年一遇回水高程基本一致，两方案迁移人口和搬迁房屋指标相同。2年一遇回水高程方案一比方案二低0.51m，方案一比方案二少淹没林地13.5亩、旱土0.6亩。淹没损失方案二比方案一少54.434万元。运行方面方案一采用无闸控制泄洪，自由泄流，通过滞洪库容对洪水的调节达到提高下游防洪标准的目的，20年一遇水库下泄流量为96m3/s，水库运行相对简便。方案二采用闸门调节控制，设置防洪库容62万m3，由于水库用水高峰在7、8月，在汛末用水量较少，水库防洪库容与灌溉兴利库容不能结合，在汛期正常蓄水位560.5m，洪水期防洪高水位561.5m，通过闸门调节下泄流量达到提高下游防洪标准的目的，在洪水流量小于96m3/s时维持正常蓄水位560.5m，下泄流量等于来水流量。当洪水流量大于96m3/s时通过闸门调节下泄流量控制在96m3/s，当水库水位上升至561.5m防洪高水位时闸门部分开启至全开，洪水过后水库水位调至正常水位560.50m。
综上所述，方案一工程投资与方案二基本相当，相差11.95万元，而方案一结构简单且运行可靠，方案二运行操作难度相对较大。因此，推荐方案一开敞式无闸控制。
4.1 大坝消能方式的拟定
根据坝址地形地质条件和确定的坝型方案，对挑流消能和台阶跌坎底流消能2种适宜的消能方案进行比较。
(1)方案一：挑流消能。大坝溢流堰顶高程560.5m，溢流堰顶净宽20m，为无闸开敞式溢流，堰面曲线采用WES曲线，堰顶上游采用椭圆曲线，长轴长1.5m，短轴长0.84m，堰顶下游接反弧段，下游反弧段半径为12m，反弧中心角78.13°，挑流鼻坎高程为525.41m，挑射角25°，导流墙从上至下采取逐渐缩窄的布置形式，以便在小流量时增加单宽流量，挑流鼻坎宽度15m。
(2)方案二：台阶跌坎加底流消能。大坝溢流堰顶高程560.5m，溢流堰顶净宽20m，为无闸开敞式溢流，堰面曲线采用WES曲线，堰顶上游采用椭圆曲线，长轴长1.5m，短轴长0.84m，由于坝下游坡坡比为1∶0.75，坝上下游高差达49.01m，台阶消能采用滑移流台阶消能，台阶高度1m、步长0.75m，台阶底部接消力池，消力池长20.3m，池深1.3m，池宽28.7m，池底高程511m，消力池底板采用1.5m厚C25钢筋砼结构。
4.2 大坝消能方案比较
(1)消能比较
方案一最大挑距58.10m，挑流消能不影响大坝安全，方案二采用台阶加底流消能方式，下接消力池，两方案均满足大坝消能要求。
(2)工程投资比较
方案一可比投资293.19万元，方案二可比投资375.79万元，方案一比方案二节少投资82.6万元。具体比较见表3。结合实际情况和消能效果推荐方案一挑流消能。
表3 大坝消能方案工程投资比较表
在水利工程建设中，工程方案的设计要充分考虑多方面因素，制定多个可行性方案，然后对各种方案进行对比分析，选出最佳的工程设计方案，以期实现水利工程建设效益的最大化。本文结合秀水水库工程实际情况，对大坝坝型、泄流方式、大坝消能方式进行了详细的对比分析，最终确定了合理的坝型方案、泄流方式以及大坝消能方式，有助于工程效益显现。因此，对方案进行比较分析研究具有重要意义，本文介绍的相关比选分析，希望给予类似工程一定的借鉴及参考。
猜你喜欢 防洪高程大坝 红树林宜林地滩面高程及潮水退干时间时长的测量方法绿色科技(2022年16期)2022-09-15《城市道桥与防洪》杂志公益广告城市道桥与防洪(2022年7期)2022-08-31夏季防洪防汛大众科学(2022年8期)2022-08-26场景高程对任意构型双基SAR成像的影响军民两用技术与产品(2022年1期)2022-06-0102 中老铁路：“搜山”小分队日行万步备战首个“防洪大考”云南画报(2022年4期)2022-05-05三门峡地区下沉式窑洞防洪防涝设计研究美与时代·城市版(2022年3期)2022-04-258848.86m珠峰新高程当代陕西(2020年23期)2021-01-07大坝：力与美的展现百科知识(2018年6期)2018-04-03基于二次曲面函数的高程拟合研究消费导刊(2017年8期)2018-01-18大坝利还是弊？少儿科学周刊·少年版(2016年4期)2017-02-15