婁曉波，余 揚(yáng)，王曉慧

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng)550081)

1 工程概況

龍溪口航電樞紐工程為岷江(樂山～宜賓段)干流的第四級(jí)梯級(jí)航電樞紐，距省會(huì)成都市167 km，距樂山市80 km，距犍為縣30 km，樞紐布置緊鄰犍為縣新民鎮(zhèn)上游;開發(fā)任務(wù)為航運(yùn)為主、結(jié)合發(fā)電，促進(jìn)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水庫(kù)正常蓄水位317.00 m，總庫(kù)容2.29億 m3，裝機(jī)容量480 MW，多年平均發(fā)電量為19.84億kW·h，設(shè)計(jì)通航噸位為1 000 t，航道等級(jí)為Ⅲ級(jí)航道，樞紐建成后可提高岷江的通航能力，同時(shí)向四川主電網(wǎng)輸電。

龍溪口樞紐工程為二等大(2)型，由通航建筑物、河床式發(fā)電廠房、泄水建筑物、過魚建筑物及非溢流擋水建筑物組成。泄水建筑物為2級(jí)，按100 a一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪峰流量49 500 m3/s，1 000 a一遇洪水校核，校核洪峰流量68 800 m3/s。泄水建筑物為開敞式泄洪閘，共24孔，孔口尺寸15.0m×19.0m(寬×高)，最大閘高43.0 m。

2 合理布置泄水建筑物重要性

龍溪口航電工程對(duì)通航水流縱向流速、橫向流速及水流流態(tài)要求較高;工程洪峰流量大，校核工況達(dá)68 800 m3/s，而河道相對(duì)狹窄，導(dǎo)致泄水建筑物單寬泄量達(dá)191 m3/(s·m)，對(duì)通航水流影響較大，建筑物布置不合理會(huì)引起再造河床，危及到通航的安全運(yùn)行，且需滿足施工期通航順暢。因此，樞紐建筑物布置矛盾較為突出。

本工程庫(kù)區(qū)兩岸平緩，灘地發(fā)育，耕地較多，人口眾多，工程對(duì)庫(kù)區(qū)的影響較大，建設(shè)征地和移民安置補(bǔ)償、庫(kù)區(qū)防護(hù)投資約占總投資的37%，由此可見，泄水建筑物所控制的庫(kù)水位對(duì)水庫(kù)淹沒、防護(hù)投資較為敏感，甚至于泄水建筑物布置不合理會(huì)引起較大的移民安置問題和社會(huì)問題。

因此，泄水建筑物布置合理與否，是能否實(shí)現(xiàn)樞紐工程開發(fā)目標(biāo)、確保工程和庫(kù)區(qū)安全、減少工程及水庫(kù)淹沒、防護(hù)投資和確保工程效益的關(guān)鍵，同時(shí)對(duì)施工期的通航暢通、分期導(dǎo)流的成功與否起到至關(guān)重要的作用。

3 影響泄水建筑物布置的因素

3.1 控制水庫(kù)水位對(duì)庫(kù)區(qū)淹沒的影響

在樞紐布置時(shí)，盡量增加泄水建筑物前緣凈寬，降低庫(kù)水位回水，力爭(zhēng)20 a一遇洪水敞泄時(shí)，閘前洪水庫(kù)水位應(yīng)盡量接近閘址天然水位，并且不高于正常蓄水位時(shí)回水位，以減少洪水期對(duì)水庫(kù)淹沒的影響。

3.2 滿足通航水流條件

閘址河段河道相對(duì)狹窄，布置泄水建筑物、船閘、河床式發(fā)電廠房相互間矛盾突出，泄水建筑物布置應(yīng)滿足通航水位銜接要求，保證船閘及引航道與樞紐上、下游航道的水位平順銜接，滿足通航水流條件的要求，將發(fā)電和泄洪水流對(duì)上、下游水流流態(tài)的影響控制在通航要求的范圍內(nèi)。

3.3 滿足施工期導(dǎo)流布置要求

根據(jù)樞紐建筑物施工分期要求，泄水建筑需分兩期施工。

一期右側(cè)部分泄水建筑物施工時(shí)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為全年10 a一遇洪水，剩余未建泄水建筑物部位的河床過流應(yīng)滿足2個(gè)條件:①庫(kù)水位不超過庫(kù)區(qū)防洪堤防洪限制水位;②當(dāng)汛期Q≤12000m3/s(允許通航最大流量)時(shí)應(yīng)滿足通航安全的流速要求。

二期施工剩余泄水建筑物時(shí)，已完建泄水建筑物及其基坑過流及度汛應(yīng)滿足2個(gè)條件:①聯(lián)合度汛(度汛標(biāo)準(zhǔn)為全年10 a一遇洪水)時(shí)，庫(kù)水位不超過庫(kù)區(qū)防洪堤防洪限制水位;②當(dāng)來流量為691 m3/s(P=90%)時(shí)應(yīng)滿足上游水位不低于施工期最低通航水位307.00 m。

3.4 樞紐運(yùn)行條件

6—9月為岷江汛期，當(dāng)入庫(kù)流量最大通航流量≤15 000 m3/s時(shí)，泄水建筑物閘門局部開啟，水庫(kù)水位維持在316 m運(yùn)行;當(dāng)入庫(kù)流量＞15 000 m3/s時(shí)，泄洪逐步開啟閘門直到整個(gè)敞泄，敞泄時(shí)水位為309.02 m;當(dāng)流量為38 300 m3/s(P=5%)時(shí)，閘前洪水庫(kù)水位盡量接近閘址天然水位，該流量對(duì)應(yīng)的水位是庫(kù)區(qū)防護(hù)控制的依據(jù)，回水不影響犍為縣城，泄水建筑物采取敞泄。

4 泄水建筑物設(shè)計(jì)

4.1 堰面型式選擇

低水頭泄水建筑物堰面型式有低實(shí)用堰和寬頂堰兩種，兩種堰型各有特點(diǎn)。低實(shí)用堰在較大流量下過流能力相對(duì)較強(qiáng)，可以適當(dāng)抬高堰頂高程，降低孔口高度;而寬頂堰可以盡量降低坎頂高程，加大泄量，對(duì)于高頻率洪水情況降低水庫(kù)水位壅高的效果明顯，這對(duì)水庫(kù)區(qū)影響更為有利，且易于排沙的優(yōu)點(diǎn)。另外，寬頂堰具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便的優(yōu)點(diǎn)。所以，選擇寬頂堰堰型。

4.2 堰頂高程選擇

閘址河床寬度相對(duì)較窄，而船閘布置致使行洪斷面面積比天然情況縮窄了約23%;考慮到本工程水庫(kù)區(qū)淹沒量較大，移民搬遷安置難度較大，為此，在河床寬度受限制的情況下，泄洪時(shí)盡量降低20 a一遇洪水水庫(kù)水位，減少水庫(kù)的淹沒范圍及投資，需盡可能的降低堰頂高程，但當(dāng)堰頂高程降到河床以下時(shí)，泄洪有效斷面基本上不變化，泄洪閘的泄流能力基本不變，因此，泄洪閘堰頂高程盡量選擇在河床高程附近。

結(jié)合該河段地形情況，閘址下游6 km范圍內(nèi)河床地形的行洪控制斷面最底高程約為298 m，因此，龍溪口工程泄水建筑物堰頂高程選擇為298.00 m。

4.3 前緣凈寬選擇

閘址處20 a一遇洪水天然水位314.07 m，對(duì)應(yīng)的有效過流面積約為7 200 m2，建閘后船閘占用河道相應(yīng)的過流面積約為1 650 m2，建閘后水位若需維持天然水位，泄水建筑物前緣凈寬約需450 m，經(jīng)樞紐布置，整個(gè)廠房及2/3的泄水建筑物需布置于左岸岸坡內(nèi)，其樞紐區(qū)左岸上、下游開挖范圍較大，對(duì)新民鎮(zhèn)的影響也大，同時(shí)，發(fā)電廠房的引水流量較大，偏離主河床較遠(yuǎn)，易改變主河床，對(duì)通航不利，因此，從地形地質(zhì)條件及經(jīng)濟(jì)、可行的角度來考慮，泄水建筑物前緣凈寬布置在360 m較為合理。

4.4 孔口尺寸選擇

泄水建筑物前緣凈寬為360 m時(shí)，20 a一遇洪水庫(kù)水位為315.14 m，過流面積為5 785 m2，比天然狀況下差了近1 415 m2的過流面積，要保證建閘前后20 a一遇洪水水位盡量接近及樞紐布置合理，需加大單孔寬度，減少閘墩個(gè)數(shù)。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)閘門金屬結(jié)構(gòu)的制造加工、吊裝及運(yùn)行受力水平，在19 m的水頭作用下，弧形閘門寬度可做到20 m，平門寬度可做到16 m。但布置弧形工作閘門，泄水建筑物閘室順?biāo)飨蜷L(zhǎng)度增加了約25 m，導(dǎo)致土石方開挖、混凝土、鋼筋等工程量增加。因此，本工程泄水建筑物工作閘門為平板門，孔口尺寸15.0m×19.0m(寬×高)，共24孔。

4.5 水力學(xué)計(jì)算及模型試驗(yàn)

4.5.1 水力學(xué)理論計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265—2001)，泄水建筑物為開敞式，泄流能力按有坎寬頂堰堰流公式計(jì)算，即:

計(jì)算成果見表1。

在低水頭泄水建筑物水力學(xué)計(jì)算中，河道落差很小，行近流速水頭雖不大，但相對(duì)比重不小，因此要利用好這寶貴的行近流速水頭;對(duì)本工程按計(jì)入行近流速水頭和不計(jì)行近流速水頭分別對(duì)泄水建筑物前緣總凈寬進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算分析可知行近流速水頭對(duì)閘孔總凈寬的影響很大，大流量時(shí)，影響更甚，本工程不計(jì)行近流速水頭比計(jì)入行近流速水頭所需前緣總凈寬約多60 m。

表1 各工況水位—泄量表(閘門全開情況)

4.5.2 模型試驗(yàn)

為驗(yàn)證樞紐泄流能力，進(jìn)行了龍溪口航電工程的水工樞紐整體和泄洪閘單體模型試驗(yàn)，對(duì)樞紐泄洪能力進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果均表明，泄水建筑物泄流能力滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)規(guī)模合理。泄水建筑物泄流能力理論計(jì)算與模型試驗(yàn)泄流能力比較見表2。

表2 理論計(jì)算值與模型試驗(yàn)值比較表

4.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泄水建筑物堰面型式為寬頂堰，堰頂高程298.00 m，泄水建筑物為24孔，孔口尺寸15.0m×19.0m(寬×高)，泄洪凈寬為360 m，為開敞式寬頂堰。每孔設(shè)一道工作平板閘門，用固定式鋼筋混凝土排架啟閉;泄洪閘24孔共用3套檢修閘門，每套檢修閘門分為上游檢修閘門、下游檢修閘門，上游檢修閘門孔口尺寸為15.0m×19.0m(寬×高)，下游檢修閘門孔口尺寸為15.0m×7.50m(寬×高)。泄水建筑物閘段長(zhǎng)468 m，閘頂高程324.50 m，最大閘高43.0 m;根據(jù)施工導(dǎo)流需要，左邊墩及右側(cè)第五個(gè)中墩兼作施工導(dǎo)流墻，寬度為8.00 m，其余中墩及邊墩厚度4.0 m;閘底板最小厚度為7.0 m，閘室順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度40.0 m。

5 結(jié)語(yǔ)

龍溪口工程開發(fā)任務(wù)以航運(yùn)為主、結(jié)合發(fā)電，促進(jìn)地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展;工程特點(diǎn)為河道相對(duì)狹窄、洪峰流量大、通航對(duì)過閘水流條件要求高、樞紐布置矛盾突出、水庫(kù)淹沒大、移民搬遷安置難度大、投資大，為此，泄水建筑物布置從建筑物泄流能力、樞紐建筑物布置制約、通航水流條件、行洪歸槽、及水庫(kù)庫(kù)區(qū)淹沒影響等幾個(gè)因素進(jìn)行了計(jì)算、分析，并經(jīng)水工水工樞紐整體和泄水建筑物單體模型試驗(yàn)驗(yàn)證，保證樞紐工程布置合理、經(jīng)濟(jì)、可行。

［1］水利部.SL265—2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］陳寶華，張世儒.取水輸水建筑物叢書水閘［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.