孔祥東

(陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安710065)

大溝水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用功能的小(2)型水庫;水庫壩頂高程586.59 m，壩高20.0 m，水庫正常蓄水位 584.00 m，設計總庫容 59.29 萬m3，興利庫容25.61萬 m3。水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水建筑物等組成。工程防洪標準按20 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。

1 水文洪水

大溝水庫位于漢江一級支流大溝上，壩址以上控制流域面積 3.22 km2，主河道長 5.11 km，平均比降 45.5‰。大溝水庫流域洪水由暴雨形成的，較大洪水一般發(fā)生在7－9月，其特點是峰高、量小，歷時短，峰形尖瘦。

表1 大溝水庫設計洪峰流量計算成果對比表m3/s

從表中可以看出，安鑒成果比推薦成果偏小。安鑒成果采用的水庫流域面積為2.00 km2，推薦成果采用陜西省測繪局2000年航測1萬地形圖量得壩址以上流域面積為3.22 km2，安鑒和推薦成果均采用推理公式法計算成果，采用暴雨量參數(shù)基本一致，但由于控制流域面積的差異洪水成果相差較大。

2 溢洪道工程概況

溢洪道位于大壩右岸，為開敞式溢流堰，堰寬15.0 m，堰頂高程584 m，溢洪道總長度約90 m，堰后泄槽(寬約3 m)、陡坡、消力池段為漿砌石砌筑，消力池接出水渠。因洪水計算結果相差較大。原溢洪道需加大泄洪能力(增加堰頂寬度和泄槽寬度)。

圖1 大溝水庫設計洪水過程線圖

表2 大溝水庫設計洪水過程線計算成果表 m3/s

3 溢洪道地形地貌及工程地質

大溝水庫工程區(qū)位于漢中盆地西北邊緣地帶，為漢江的三級階地，屬低山丘陵區(qū)，階地地處秦嶺南麓下緣，沖溝較發(fā)育，沖溝多以南北向發(fā)育，將階地切蝕成“梁峁”狀。大溝水庫溢洪道位于大壩右岸，為開挖天然埡口形成，右岸為山崖，邊坡偏陡偏高，表層巖體風化和上覆粘土，裂隙構造及片理較發(fā)育;左岸為巖質邊坡，高出溢洪道邊墻頂0.5 m以上，溢洪道陡坡下有一橫向沖溝，原消力池設于沖溝底。

基巖為下元古界(Pt1)變質巖，溢洪道側墻上部基巖為強～全風化，具體為，

(1)含礫粘土地基的承載力為fk=150 KPa，粘聚力C=16.2 KPa，內摩擦角 φ =10.1°。開挖邊坡建議為:1:1.0 ～1:1.25 。

(2)基巖地基承載力為700 Kpa，基巖與砌體力學參數(shù)分別為 f＇=0.8，c＇=0.7，沖刷系數(shù)為 K=1.2，開挖坡比建議為1:0.5～1:0.75，巖石開挖級別為Ⅸ ～Ⅹ級。

4 溢洪道消能方案介紹

根據(jù)現(xiàn)狀溢洪道布置和溢洪道周邊地形地質條件，有兩種消能方式可供選擇，分別簡述如下:

方案一，底流消能，溢洪道在樁號Y0+054.8處右轉30度角后，在樁號Y0+074.6處進入陡坡段，坡比i=0.5，在樁號 Y0+096.1處進入水力池，池寬6 m、池深0.5 m，池長9.5 m，池底板采用30 cm厚C25鋼筋砼結構。通過底流消能方案進行消能。

方案二，挑流消能，溢洪道在樁號 Y0+054.8處右轉8度角后，在樁號Y0+058處進入過渡段，在樁號Y0+063處設挑流坎，挑流坎的挑射角為20度，下游水墊塘水深1.5 m。

溢洪道的平面布置比選圖，見附圖。

現(xiàn)分別說明兩個方案:

1)平面布置。方案一采用原溢洪道軸線，可充分利用原工程設施，但原溢洪道軸線彎曲轉折，水流條件差，不利于洪水下泄。

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方案二可充分利用地形跌坎，挑流消能，可省去陡坡段工程和消力池工程，但挑流消能受安全挑距、下游河床抗沖性等影響。

2)水力條件。

方案一消力池水力計算。

溢洪道消能防沖洪水標準采用20 a一遇洪水設計，30 a一遇洪水校核。水躍計算依據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》中計算公式進行。

式中:Fr1為收縮斷面弗勞德數(shù)，x;h1為收縮斷面水深，xm;V1為收縮斷面流速，xm/s;h2為躍后水深，xm;d為消力池池深，m;σ為水躍淹沒度，取x;ht為消力池出口下游水深，xm;ΔZ為消力池尾部出口水面跌落，xm;Q為設計流量，xm3/s;

由以上計算得消力池池長 Lk=9.74 m，d=0.23 m，設計

由以上計算得，設計和校核兩種洪水下的挑距分別為14.65 m和16.57 m。當泄洪流量≤12 m3/m時挑距為10.28 m

(2)沖刷坑最大水墊深度依據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》中附錄A.4.1－2計算公式進行。

式中:T為自下游水面至坑底最大水墊深度，m;q為鼻坎未端斷面意單寬流量，m3/(s·m);z為上、下游水位差，20 m;k為綜合沖刷系數(shù)，取1.1(已砌護)。

由以上計算得，最大沖坑深6.0 m。

(3)地質條件

方案一由于選用原溢洪道軸線，工程坐落在基巖上，利于工程安全。

方案二由于設計和校核兩種洪水下的挑距均可進入已砌護水塘內，耐沖刷。

(4)工程造價，方案二可省去陡坡段工程和消力池工程，比方案一節(jié)約工程造價23%以上。消力池池長取9.5 m，池深取0.5 m。

下游沖溝雖有空間布置消力池，但消力池為橫向水流，削弱了消能效果，入池水流會對消力池造成不均衡沖刷。

方案二挑流消能水力計算。

(1)挑流水舌挑距依據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》中附錄A.4.1－1計算公式進行。

5 溢洪道消能方案選擇

雖然方案二在軸線順直、水力條件好，能將設計和校核兩種洪水安全送出，且具有良好的經(jīng)濟性(節(jié)約工程造價23%以上)，但其在泄洪流量≤12 m3/s時挑距僅為10.28 m，不能將洪水挑進沖溝水塘內，如果遇到小流量洪水，水流能量小挑距更小，還有產(chǎn)生貼壁流的現(xiàn)象，對溢洪道安全和大壩安全產(chǎn)生威脅;而方案一雖然軸線多彎曲，水力條件差，消能不充分，但工程沿原溢洪道軸線布設，使洪水遠離大壩，地基條件也安全可靠。綜合分析，大溝水庫溢洪道消能方案選擇底流消能方案。

大溝水庫除險加固完成后，經(jīng)過3年4個汛期的運用，2013年曾安全下泄過約11 m3/s的洪水，運行正常。