□賈鵬生 □張國輝 □楊 興（南陽市水利建筑勘測設(shè)計院）

1.基本資料

張灣水庫位于南召縣皇路店鎮(zhèn)西北約1.5km處張灣村張灣河上，屬長江流域唐白河水系。壩址以上控制流域面積5km2，主河道長3.5km，河道平均比降0.006。張灣水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小[1]型水庫，同時也是馬溝灌區(qū)的調(diào)蓄水庫。

馬溝灌區(qū)渠首位于鴨河口水庫右岸，鑿洞以引庫水，灌區(qū)總干渠從馬溝隧洞出口至張灣水庫，設(shè)計灌溉面積2333hm2。

張灣水庫建成于1959年，原設(shè)計標準50年一遇，最高洪水位171.70m（吳淞高程，下同），總庫容325萬m3；興利水位170.2m，相應庫容210萬m3。后由于馬溝灌區(qū)總干渠經(jīng)過張灣水庫，運行方式發(fā)生改變，水庫經(jīng)改建后規(guī)劃指標為:設(shè)計標準為50年一遇，校核標準為500年一遇，汛限水位164.0m，相應庫容10萬m3,設(shè)計水位168.35m，校核水位169.55m，總庫容195萬m3。本次規(guī)劃其防洪標準為:30年一遇洪水設(shè)計，300年一遇洪水校核。

張灣水庫主要由大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。大壩為均質(zhì)壩，壩長400m。溢洪道位于大壩右岸，為開敞式溢洪道，長約170m，現(xiàn)狀底寬20m，無護砌、無消能設(shè)施，出口被南陽—南召公路封堵，無法正常泄洪。輸水洞位于大壩右端樁號0+390處，為開挖的隧洞，于1984年建成。輸水洞全長71.5m，坡降1/200，洞身為直徑2m的混凝土管，按無壓洞計算最大泄流量5m3/s。進口引水明渠長20m，底寬2.6m，坡比1：0.5，通過4m長的漸變段把明渠段與喇叭口相連，漸變段末端底寬1.6m。

2.工程規(guī)模的確定

2.1 汛限水位及興利水位的選擇

張灣水庫由于存在病險問題，尤其是溢洪道無法使用，為保證防洪安全，只得長期低水位運行，有效庫容僅10余萬m3，水庫綜合利用功能無法充分發(fā)揮，大量水資源白白浪費。本次除險加固的目的是在保證防洪安全的前提下，使水庫盡可能多的蓄水，以發(fā)揮灌溉、供水、養(yǎng)殖以及景觀等綜合效益。

如以原設(shè)計興利水位170.20m為汛限水位起調(diào)情況下，設(shè)計、校核情況下理論壩頂高程已經(jīng)高于現(xiàn)狀壩頂，且校核洪水位已超過壩頂最低處（171.58m）約40cm，會造成漫壩危險。

如以原暫定的汛限水位164m起調(diào)，設(shè)計、校核情況下理論壩頂高程低于現(xiàn)狀壩頂高程，水庫防洪能力可以滿足，但是水庫功能難以充分發(fā)揮，水資源浪費嚴重。

結(jié)合以上情況，在預防可能出現(xiàn)的洪水，確保大壩及下游安全的情況下，根據(jù)設(shè)計、校核情況下入庫洪水過程，采用本次初步設(shè)計所確定的將現(xiàn)有輸水洞改造成有壓洞方案泄洪，并考慮到現(xiàn)狀壩頂高程不加高的基本要求，經(jīng)調(diào)洪演算反復試算，并結(jié)合張灣水庫實際運行要求，確定水庫汛限水位為168m，興利水位與汛限水位一致，即興利水位亦為168m，興利庫容100萬m3，相應庫容101萬m3。

2.2 洪水調(diào)節(jié)和防洪特征水位的選擇

經(jīng)采用現(xiàn)有溢洪道開挖方案、新開泄水隧洞方案和調(diào)整現(xiàn)狀無壓輸水洞為有壓輸水洞方案進行對比，最終確定采用將現(xiàn)有輸水洞改造成有壓洞方案泄洪。考慮不同水位下隧洞水流流態(tài)（無壓流或是有壓流、自由出流或是淹沒出流）后計算得庫水位與下泄流量關(guān)系，以水位168m為起調(diào)水位，按照不同頻率入庫設(shè)計洪水過程線，進行水庫調(diào)洪計算，確定30年一遇設(shè)計洪水位169.05m，相應庫容150萬m3，最大下泄流量13.9m3/s；300年一遇校核洪水位170.83m，相應庫容253.5萬m3，最大下泄流量15.7m3/s。水庫現(xiàn)狀壩頂高程為171.58～173.52m。本次除險加固設(shè)計結(jié)合壩頂路面建設(shè)實際情況，確定壩頂高程為172m，除險加固后壩頂高程滿足規(guī)范要求。

3.泄水方案的確定

由于溢洪道出口被省道堵住，且溢洪道內(nèi)通往省道有村村通道路1條，路側(cè)均為農(nóng)田，高程均在165m左右。村村通路面距離省道路面高程差只有2m左右，做相應的工程措施比較困難且存在較大淹沒賠償問題，本次除險加固工程通過現(xiàn)有溢洪道開挖方案、新開泄水隧洞方案和調(diào)整現(xiàn)狀無壓輸水洞為有壓輸水洞方案進行對比，采用調(diào)整現(xiàn)狀無壓輸水洞為有壓輸水洞的方案泄洪。

3.1 工程方案

本次除險加固按照國家規(guī)定的設(shè)計洪水標準和水庫運行調(diào)度方案，結(jié)合水庫樞紐區(qū)的實際地形、地質(zhì)情況，泄洪方案采用原溢洪道重建、新開泄洪洞及對原輸水洞進行改造（由無壓改為有壓）3種方案進行比選。

方案1 原溢洪道重建-寬頂堰

包括控制段、泄槽段、消力池段、海漫段、防沖槽段和公路橋段，底寬均20m。具體布置形式為：控制段（0+000～0+006）為寬頂堰，堰頂高程為168.00m，堰體采用C20鋼筋混凝土澆筑，堰高1m；堰后接消力池（0+006～0+024），池長 10m，池深 0.6m，底部高程 166.00m，邊墻采用Mu60M7.5漿砌石砌筑；海漫段（0+024～0+032）底板采用漿砌石襯砌，底板高程為 166.60m；后接防沖槽段（0+032～0+196），底坡為0.01，底板高程166.60～164.96m，溢洪道全長196m。

在溢洪道樁號0+184～0+196之間修建交通橋一座。交通橋設(shè)計荷載采用公路Ⅱ級（折減）汽車荷載。交通橋梁全長20m，跨徑為10m，橋面寬12m。

方案2 新開泄洪洞

新開泄洪隧洞位于水庫右岸，包括進口漸變段、洞身段、出口漸變段、出口閘室段、明渠段、泄槽段、消力池段、海漫段。其中進口漸變段（0+000～0+004.5）底坡為平坡，進口底板高程為161.50m，進口段面為矩形，底寬5m，高3.5m，采用30cm厚C25鋼筋混凝土澆筑，斷面形式由矩形漸變?yōu)閳A形。洞身段（0+004.5～0+174.5）底坡為1/200，底高程為161.50m，洞身為圓形，直徑為2m，洞身壁厚30cm，C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。出口漸變段（0+174.5～0+1768.5），底坡為平坡，底高程160.65m，斷面由圓形漸變?yōu)榉叫?，方形的邊長為1.6m。出口閘室段（0+178.5～0+182.5）底坡為平坡，底板高程為160.65，底板設(shè)檢修閘門和工作閘門各1道，閘門尺寸為1.6m×1.6m。明渠段（0+182.5～0+192.1）底坡為 1/200，底高程 160.65 ～160.60，底寬 1.6m，C25 混凝土結(jié)構(gòu)，厚40cm，邊墻高2m，采用重力式擋墻形式，Mu60M7.5漿砌石砌筑。 消力池段（0+192.1～0+218.1），高程為 160.60～158.60m，采用40cm厚C25混凝土澆筑，邊墻高4m，采用重力式擋墻形式，Mu60M7.5漿砌石砌筑。海漫段（0+218.1～0+228.1），底板高程為160.60m，底板采用Mu60M7.5漿砌石砌筑，厚40cm，邊墻高2m，采用重力式擋墻形式，Mu60M7.5漿砌石砌筑。

方案3 原輸水洞由無壓改為有壓方案

輸水洞進出口段局部位于強風化巖石中，洞身位于弱風化巖石中，洞室圍巖工程地質(zhì)分類屬Ⅲ類局部穩(wěn)定性差圍巖，巖體為花崗巖，屬中硬巖石，強度較高，工程地質(zhì)條件較好。

根據(jù)輸水洞地形條件和現(xiàn)狀情況，將現(xiàn)有的無壓輸水洞調(diào)整為有壓洞，有壓輸水洞包括進口段、檢修閘、洞身、工作閘和出口消力池等。

進口段為4.5m長的扭面，進口寬2.6m，底高程161.50m，比死水位低10cm，材料為0.3m厚的C20混凝土，兩邊墻采用C20混凝土擋土墻；用1.5m長喇叭段連接扭面與閘室，材料為C25鋼筋混凝土，喇叭口進口高2.5m，寬2.0m。

進口設(shè)置檢修閘門，閘門尺寸2.0m×2.0m。啟閉塔采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底板頂部高程為161.50m，尺寸為4.3m×3.4m（長×寬），閘墩厚0.7m，底板厚0.8m；高程168.30m處設(shè)檢修平臺，厚0.12m。

洞身采用鋼襯，鋼管厚6mm，外側(cè)澆注30cm厚C25鋼筋混凝土。

出口設(shè)置工作閘門。啟閉塔采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘底板頂部高程為161.20m，尺寸為3.0m×3.0m（長×寬），閘墩厚0.7m，底板厚0.8m。

表1 泄水建筑物工程方案比較表

在輸水洞出口處設(shè)6.0m長的斜坡段，坡比1：3，底寬1.6m漸變至3.6m，底板為40cm厚C20鋼筋混凝土，兩側(cè)設(shè)C20混凝土重力式擋墻。斜坡段后接消力池，消力池長17m，池深1.9m，兩側(cè)設(shè)C20重力式擋墻，墻高4.6m。出口與泄洪閘、灌溉閘相連。

3.2 工程方案比較

對溢洪道重建、新開泄洪洞及對原輸水洞進行改造三種方案進行比較：

3.3 工程方案確定

按照國家規(guī)定的設(shè)計洪水標準和水庫運行調(diào)度方案，結(jié)合張灣水庫溢洪道的實際地形、地質(zhì)情況，綜合考慮泄洪、技術(shù)、經(jīng)濟等因素進行方案比選。經(jīng)以上3種方案比較，3種方案均能保證水庫泄洪安全，但方案3投資較小，不涉及占地，外部協(xié)調(diào)任務小，實施相對容易。因此，泄洪方案采用原輸水洞由無壓改為有壓方案，輸水洞最大泄量由5m3/s提高至15.7m3/s，水庫汛限水位由164m提高至168m，為充分發(fā)揮水庫綜合利用功效提供了保障。