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        雙峰寺水庫樞紐布置方案設計

        2015-11-24 08:11:44楊麗君
        水科學與工程技術 2015年2期

        楊麗君

        (河北省水利水電勘測設計研究院,天津300250)

        1 工程概況

        雙峰寺水庫位于灤河一級支流武烈河干流上,壩址位于承德市雙峰寺鎮(zhèn)小廟子村附近,距下游承德市區(qū)12km,是一座以防洪為主,結(jié)合城市供水,兼顧發(fā)電和生態(tài)環(huán)境供水等綜合利用的大(2)型水利樞紐工程。水庫總庫容1.373億m3,控制流域面積2303km2,樞紐建筑物主要包括攔河壩和電站。攔河壩為碾壓混凝土重力壩,由非溢流壩段、溢流壩段、底孔壩段和電站壩段組成,壩頂寬7.0~18.5m,壩頂全長533m,最大壩高50.1m。溢流壩總凈寬81m,分為9孔,單孔凈寬9m;泄洪底孔共4孔,單孔孔口尺寸5m×5m;電站為壩后式,裝機容量1580kW,最大引水流量10.86m3/s??紤]電站不發(fā)電期間要向下游河道引水,在電站壩段布置一條生態(tài)放水洞。

        2 樞紐布置原則

        雙峰寺水庫壩址區(qū)為低山寬谷河流地貌,壩址處河床寬400m,地面高程365~367m,河道主槽位于右岸側(cè)。河床左、右兩岸分別布置有承圍公路和承隆鐵路,其中左岸地勢平緩,地面開闊。

        本工程是武烈河干流唯一的控制性工程,其建筑物主要包括擋水建筑物、泄水建筑物、電站廠房等。根據(jù)工程任務,樞紐布置遵循以下原則:

        (1)樞紐布置服從武烈河流域總體防洪規(guī)劃,滿足樞紐綜合利用要求。

        (2)泄水建筑物優(yōu)先布置于主河床,在各種水位條件下應能宣泄不同流量。

        (3)電站廠房布置應方便交通運輸及電力出線。

        (4)在充分利用地形、地質(zhì)、河勢等自然條件下,結(jié)合分期導流優(yōu)選各主要水工建筑物的布置位置。

        (5)為減少水庫淤積,延長水庫使用壽命,泄水建筑物設計應有利于水庫減淤。

        (6)各建筑物的布置應相互協(xié)調(diào)、互不干擾,便于運行安全、統(tǒng)一調(diào)度、管理方便。

        3 方案擬定

        本工程以防洪為主,水庫設計和校核洪峰流量分別為3200m3/s和6602m3/s,壩址處河段較順直,根據(jù)上述原則樞紐布置中將泄水建筑物布置于主河床,既有利于施工及運行期洪水宣泄及減少對下游河勢影響,也方便其他建筑物的布置;同時為減少電站進水口的泥沙淤積,將泄洪底孔緊鄰電站壩段布置。

        在擋水、泄水建筑物規(guī)模及消能型式等不變的前提下,擬定2個樞紐布置方案。

        3.1 右岸主河槽布置溢流表孔(方案1)

        為避免下泄水流淘刷岸坡和其他建筑物的基礎,將溢流壩段布置在現(xiàn)河道主河槽位置,電站壩段布置在河床左側(cè)。綜合考慮施工導流、泄洪和排沙的要求,底孔壩段布置在電站壩段右側(cè),與電站壩段毗鄰。溢流壩段和電站壩段與兩岸的連接布置非溢流壩段??紤]到溢流壩挑流沖坑對底孔消力池邊墻的影響,底孔壩段與溢流壩段之間增加1個河床非溢流壩段。

        3.2 右岸主河槽布置泄洪底孔(方案2)

        由于武烈河泥沙含量大,為便于排沙,將泄洪底孔優(yōu)先布置在右岸主河槽,電站壩段及電站廠區(qū)布置在右岸,溢流表孔布置在泄洪底孔左側(cè),中間相隔1個河床非溢流壩段,兩岸布置非溢流壩段,即該樞紐布置方案從左至右依次布置左岸非溢流壩段、溢流壩段、河床非溢流壩段、底孔壩段、電站壩段(壩后式電站廠房)和右岸非溢流壩段。

        4 樞紐布置方案確定

        根據(jù)樞紐布置,從工程投資、地形地質(zhì)條件、工程施工、工程管理、下游防護處理、泄洪排沙及旅游和土地開發(fā)等方面進行比選,最終確定合理的樞紐布置。

        4.1 工程投資

        上述2個樞紐布置方案中攔河壩、電站和永久交通的主要工程量及建筑工程直接費比較如表1。

        表1 不同樞紐布置方案建筑工程量及直接費比較

        由表1可見,建筑工程直接費方案1為32608.51萬元,方案2為32369.96萬元,兩方案建筑工程直接費投資相差不大,方案2較方案1節(jié)省投資240萬元。

        4.2 地形地質(zhì)條件

        方案1:壩址右岸山勢陡峭,左岸地勢平緩、開闊,且有承圍公路通過,便于布置電站廠房和管理辦公區(qū);右側(cè)主河床可布置泄洪建筑物。

        方案2:電站廠房布置在右岸,泄洪底孔與電站相鄰,造成溢流壩布置已靠近左岸側(cè),對泄洪和下游防沖均不利。

        從地形地質(zhì)條件看,方案1布置更為有利。

        4.3 施工導流

        方案1:采用分期導流,一期工程施工圍堰圍左岸,利用主河槽過流;二期工程圍右岸,利用底孔過流;左岸承圍公路需在準備期改線完成。

        方案2:采用分期導流,一期工程施工圍堰需截斷主河槽,利用左岸灘地過流;一期工程度汛河道束窄,左岸承圍公路將被淹沒。因此左岸公路、右岸鐵路和壩下交通橋均須在施工準備期完成。

        從施工導流看,方案2施工準備期工作量較大,且一期圍堰需截斷主河槽,導致圍堰高度及其防滲處理難度均增大。

        4.4 下游防護

        方案1:溢流壩泄洪時,左、右岸導流防護設施分別為底孔消力池邊墻和右岸山體,下游防沖處理措施簡單、可靠。

        方案2:溢流壩泄洪時,右岸導流防護設施為底孔消力池左邊墻,但左岸為土質(zhì)山體和覆蓋層,抗沖能力差,下游防沖處理措施較為復雜。

        方案1下游防沖處理措施較為簡單、可靠,優(yōu)于方案2。

        4.5 工程管理

        方案1:電站廠房、管理局均布置原承圍公路一側(cè),交通便利;不常運用的溢流壩布置右側(cè),而經(jīng)常利用的底孔和引水建筑進口均布置在壩頂左側(cè),便于由管理局通過左岸上壩公路上壩進行集中管理。

        方案2:電站廠房布置在山勢陡峭的右岸側(cè),廠房開挖后右側(cè)山體需進行支護處理,進廠交通也不便,且廠房位于山體背陰側(cè),對節(jié)能不利。

        方案1便于工程管理運用,同時溢流壩下游防沖維護也較為簡單。

        4.6 泄洪排沙

        方案1:超泄能力大的溢流壩布置在主河槽處,利于大流量泄洪;底孔布置偏左,排沙條件稍差。

        方案2:泄洪底孔布置在主河槽位置,利于排沙;溢流壩布置偏左,遇大洪水泄洪時水流條件稍差。

        從水庫排沙方面看,方案2略占優(yōu)勢。

        4.7 旅游和土地開發(fā)

        方案1:溢流壩布置主河槽處,其右岸地勢較陡,因此河道右岸以防護為主;左岸地勢平緩,在修建防護堤后,對原承圍公路與防護堤之間區(qū)域可充分進行旅游、土地開發(fā),發(fā)揮綜合效益。

        方案2:溢流壩布置在左側(cè),受泄洪影響,左岸無法進行旅游和土地資源開發(fā);而右岸為河道主河槽,地勢又陡,亦難以開發(fā)旅游、土地資源。

        方案1功能劃分明確,右岸主河槽行洪,左岸綜合開發(fā),優(yōu)于方案2。

        4.8 綜合分析

        綜上所述,在地形地質(zhì)條件、施工導流、工程管理、下游防護、旅游和土地資源開發(fā)等方面均以方案1占優(yōu),而在水庫排沙和工程投資方面方案2略占優(yōu)勢。經(jīng)綜合分析比較,采用方案1為樞紐布置推薦方案,即推薦的樞紐布置方案從左至右依次布置左岸非溢流壩段、電站壩段及壩后式電站廠房、底孔壩段、河床非溢流壩段、溢流壩段和右岸非溢流壩段。推薦方案樞紐布置如圖1。

        圖1 雙峰寺水庫樞紐布置

        5 結(jié)語

        重力壩的設計要求做到安全可靠、技術先進、方便適用,經(jīng)濟合理、環(huán)境友好。雙峰寺水庫重力壩設計首先根據(jù)工程的任務和樞紐的功能要求,確定了擋水建筑物、溢流壩、泄水底孔、電站廠房、生態(tài)放水洞等建筑物,根據(jù)建筑物的組成,考慮工程投資、地形地質(zhì)條件、工程施工、工程管理、下游防護處理、泄洪排沙及旅游和土地開發(fā)等方面,最終確定了合理的樞紐布置。

        [1]索麗生,劉寧.水工設計手冊[K].北京:中國水利水電出版社,2011.

        [2]陳誠,溫國利.重力壩設計與施工[M].北京:水力水電出版社,2011.

        [3]SL31—2005,混凝土重力壩設計規(guī)范[S].

        [4]周建平.重力壩設計二十年[M].北京:中國水利水電出版社,2011.

        [5]河北省水利水電勘測設計研究院.雙峰寺水庫初步設計報告[R].2012.

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