户部岭水库溢洪道控制段除险加固方案比选.pdf

2023 年 5 月山西水利科技Comparison of the Reinforcement Schemes for the Control Section of Hubuling Reservoir SpillwayBIAN Cheng-yueAbstract:Hubuling Reservoir爷s east spillway has been severely damaged袁which affects the safety of thecontrol section.The downstream of the west spillway is the residence of Hubu Township and Hubu Village袁and itno longer has drainage conditions.In order to meet the normal operation needs of the reservoir袁combined with theactual engineering situation袁this reinforcement project has developed three reinforcement schemes院 5 holes of 6.0m伊5.0m flat-bottomed sluice gate渊Scheme 1冤袁3 holes of 8.0 m 伊6.0 m flat-bottomed sluice gate渊Scheme 2冤袁and a70m practical weir渊Scheme 3冤.The schemes were compared from technical袁economic袁and other aspects tocomprehensively determine the final reinforcement scheme.And the project has been tested in flood season formany times袁has played a better flood control benefits.Also it has successfully passed the completion of acceptance.Keywords:reservoir曰spillway曰reinforcement曰scheme comparison文章编号：1006-8139渊2023冤02-034-04户部岭水库溢洪道控制段除险加固方案比选卞城月（临沂市农业农村局 山东临沂 276000）摘要：户部岭水库东溢洪道损毁严重，影响控制段安全。西溢洪道下游为户部乡政府驻地及户部村，已不具备泄流条件。为满足水库正常运行，结合工程实际，除险加固拟定了 5 孔 6 m伊5.0 m 平底闸（方案 1）、3 孔 8 m伊6.0 m 平底闸（方案 2）和 70 m 实用堰（方案 3）三个加固方案，并从技术、经济等方面对方案进行比选，综合确定最终除险加固方案。且工程经过多次汛期考验，发挥了较好的防洪效益，已顺利通过竣工验收。关键词：水库；溢洪道；除险加固；方案比选中图分类号：TV651.1文献标识码：B0引言户部岭水库位于五莲县户部岭村东北，属潮白河水系，西起马耳山东麓，东北与诸城市接壤，控制流域面积 64 km2，死水位 76.78 m，兴利水位 91.40 m，相应库容 3 000伊104m3，加固前总库容 4 993伊104m3，是一座以防洪、发电、农业灌溉为主的全国防洪重点中型水库。水库始建于 1959 年 11 月，1960 年 10 月竣工，由大坝、溢洪道、放水洞等工程组成。现状大坝坝顶高程96.08 m，防浪墙顶高程 97.08 m，坝长 580 m。现状东溢洪道为开敞式宽顶堰，上建 6 孔交通桥，堰顶高程91.40 m，净宽 60 m；现状西溢洪道实际已废弃。水库设计洪水标准为 100 年一遇，校核洪水标准为 2000 年一遇。1溢洪道存在问题户部岭水库原设计采用龙湾头村西天然山凹作为溢洪道，但经多年汛期实际溢洪，发现村庄四周会被洪水包围，严重威胁人民群众的生命财产安全，因此经专家论证，并报山东省水利厅批准，对西溢洪道进行封堵，新建东溢洪道，采用开敞式宽顶堰型式，堰顶高程 91.40 m，净宽 60 m。收稿日期：2023-04-20修回日期：圆园圆3原05-04作者简介：卞城月（1990-），男，2016 年毕业于山东农业大学，工程师。34山西水利科技第 2 期（总第 228 期）卞城月：户部岭水库溢洪道控制段除险加固方案比选现状东溢洪道建有 6 孔交通桥，其下为溢流堰，顶高程 91.40 m，净宽 60 m，最大泄量 734 m3/s。通过现场检查发现溢洪道浆砌石护底裂缝严重，勾缝裂开，浆砌石无坐浆，只做勾缝处理，无防冲护砌措施，冲刷毁损严重，特别是泄槽末端无消能设施，逐年退冲，影响控制段安全。现状西溢洪道为自然山凹，凹底高程 92.50 m，宽45 m。自东溢洪道开挖运行以来，西溢洪道基本没有运行，户部乡龙湾头村在溢洪道内修生产路一条，路顶高程 92.50 m，并且下游为户部乡政府驻地以及户部村，实际已不具备泄流条件。2溢洪道控制段方案比选新溢洪道布置在大坝左端原东溢洪道内，布置轴线与大坝轴线垂直。溢洪道主要由进水渠、控制段、泄槽、消能设施、出水渠五部分组成，布置轴线基本与原东溢洪道布置轴线一致。通过对控制段多方案比较分析，确定溢洪道工程总体布置方案。2.1 控制段方案设计本次设计拟定实用堰及溢洪闸两种布置模式，共计 3 个方案进行比较，其中溢洪闸方案 2 个，实用堰方案 1 个。1）方案 1：5 孔 6.0 m伊5.0 m 平底闸方案新建 5 孔溢洪闸，总净宽 34.8 m，单孔净宽 6.0 m，闸底板高程 86.90 m。交通桥总长 35.8 m，泄槽底宽34.8 m，闸门为 6.0 m伊5.0 m 平板提升式钢闸门，配卷扬式启闭机 QPQ-2伊10 t。工作闸门上游侧设检修闸门，采用 3 节 6.0 m伊1.6 m 露顶式叠梁平面滑动钢闸门，采用 QPQ-125KN 电动葫芦启吊。调洪结果：20 年一遇洪水位为 92.92 m，100 年一遇洪水位为 93.74 m，2000年一遇洪水位为 95.77m，确定坝顶高程为 96.16m，防浪墙顶高程 97.27 m。溢洪闸轴线处大坝桩号为 0+92.6，溢洪道主要由进水渠、控制段、泄槽、消能设施及出水渠组成。顺水流方向总长 453.5 m，其中进水渠长 10 m，控制段长13.5 m，出闸室后泄槽段长 200 m，宽度为 34.8 m，后接消力池，消能设施段长 72 m，其中陡坡段为 36 m，消力池长 36 m。陡坡段宽度由 34.8 m 渐缩到 30 m，最后接出水渠长 167 m；垂直水流方向闸室总宽度为34.8 m；启闭机房设于闸室右岸，0+000 桩号位于闸室下游边缘。根据方案比选，溢洪道消能型式采用底流消能，消力池布置于桩号 0+200 处。2）方案 2：3 孔 8.0 m伊6.0 m 平底闸方案新建 3 孔溢洪闸，总净宽 26.4 m，单孔净宽 8.0 m，闸底板高程 85.90 m。交通桥总长 28.8 m，泄槽底宽26.4 m，闸门为 8.0 m伊6.0 m 平板提升式钢闸门，配卷扬式启闭机 QPQ-2伊16t。工作闸门上游侧设检修闸门，采用 4 节 8.0 m伊1.50 m 露顶式叠梁平面滑动钢闸门，采用 QPQ-125 KN 电动葫芦启吊。调洪结果：20 年一遇洪水位为 92.92 m，100 年一遇洪水位为 93.75 m，2000 年一遇洪水位为95.84m，确定坝顶高程为96.17m，防浪墙顶高程 97.34 m。溢洪闸左侧处大坝桩号为 0+105，溢洪道主要由进水渠、控制段、泄槽、消能设施及出水渠组成。顺水流方向总长 453.5 m，其中进水渠长 10 m，控制段长13.5 m，出闸室后泄槽段长 200 m，前 136.5 m 宽度为26.4 m，然后宽度渐变为 20 m，后接消能设施，消能设施段长 76 m，最后接出水渠长 167 m；垂直水流方向闸室总宽度为 26.4 m；启闭机房设于闸室右岸，0+000桩号位于闸室下游边缘。根据方案比选，溢洪道消能型式采用挑流消能，挑流鼻坎布置于桩号 0+207 处。3）方案 3：70 m 实用堰方案拆除重建溢流堰，采用 C25 块石混凝土，总净宽70 m，堰底高程 90.0 m，堰顶高程 91.40 m。顺水流方向长 13.5 m。溢洪道交通桥为 7 孔 10 m 跨防汛交通桥，总长 70 m。调洪结果：20 年一遇洪水位为 93.37 m，100 年一遇洪水位为 94.56 m，2000 年一遇洪水位为 96.11 m，确定坝顶高程为 96.98 m，防浪墙顶高程 97.61 m。溢洪道控制段位于大坝桩号 0+110 处，溢洪道主要由进水渠、控制段、泄槽段、消能防冲设施及出水渠组成。溢洪道顺水流方向总长 453.5 m，其中进水渠长10 m，控制段长 13.5 m，泄槽段长 202 m，后接消力池，消力池陡坡段为 36m，消力池长 36m。溢洪道出闸室后宽度由 70 m 渐变为 30 m，溢洪道轴线半径为 54.39 m。0+000 桩号位于闸室下游边缘。根据方案比选，溢洪道消能型式采用底流消能，消力池布置于桩号 0+202处。2.2 不同方案对大坝防洪安全的影响分析1）洪水调节成果洪水调节原则：溢洪道泄洪采用一级控泄方式，控泄标准为 20 年一遇，按下游河道安全泄量 250 m3/s控泄，当入库流量小于 250 m3/s 时，来多少泄多少。当入库流量大于 250 m3/s 时，先按 250 m3/s 控制下泄，当库内水位高于 20 年一遇洪水时，为保证水库大坝安全，闸门全开泄洪。溢洪道采用不同方案对水库进行洪水调节计算，成果见表 1。352023 年 5 月山西水利科技从表 1 可以看出：在各种洪水频率下，方案 3 水位最高，方案 1 水位最低。设计洪水条件下，方案 1 洪水位较方案 2、方案 3 分别降低 0.01 m 和 0.82 m，最大泄量分别增大 14.82 m3/s 和 24.82 m3/s；校核洪水条件下，方案 1 洪水位较方案域降低 0.07 m，最大泄量增大 61.87 m3/s，洪水位较方案 3 降低 0.34 m，最大泄量减少 248.13 m3/s（减少量约占方案 3 最大泄量的16.10%）。2）坝顶超高安全复核根据各方案洪水调节结果，对坝顶超高进行复核，见表 2。表 2坝顶高程核算表从表 2 可以看出：现状防浪墙顶高程不满足各种方案要求，均需加高，且方案 3 需加高坝顶高程，其余方案不需加高坝顶高程。2.3 各方案对水库特性及泄洪能力的影响分析各溢洪道方案水库特性及泄流能力见表 3、表 4。从表 3 可以看出，方案 1 与方案 2 的调洪库容和校核洪水位相近，对大坝防洪安全较为有利。方案 3提高了防洪库容，但校核洪水位增加较大，对大坝的防洪安全不利。表 3各方案水库特性指标表表 4各方案的溢洪道泄流能力表从表 4 可以看出，方案 1 在兴利水位 91.40 m 到水位 95.00 m 间的泄流能力大于方案 2 和方案 3，有利于在紧急情况下腾空，减小下游河道的防洪压力，保护下游人民生命财产安全。方案 2 随水位升高泄流能力逐渐低于方案 1，难以做到在紧急情况下腾空；方案3 在中小洪水时，不能人工控制调节，在 20 年一遇时，下泄流量为 419 m3/s，超过下游安全泄量，均不利于水库大坝的防洪安全和水库效益的充分发挥。表 1溢洪道各方案洪水调节成果表项目设计频率/（%）相应库水位/m相应库容/万 m3最大下泄流量/（m3/s）方案 1：5 孔 6 m伊5 m 平底闸0.0595.774 9671 291.87592.923 785250193.744 092874.82方案 2：3 孔 8 m伊6 m 平底闸0.0595.844 9821 230592.923 785250193.754 095860方案 3：70 m 实用堰0.0596.115 0731 540593.373 952419194.564 337850洪水频率方案1%（设计洪水）0.05%（校核洪水）123123最高洪水位/m93.74 93.75 94.56 95.77 95.8496.11坝顶超高/m2.422.422.421.501.501.50核算坝顶高程/m96.16 96.17 96.98 97.27 97.3497.61现状坝顶高程/m96.08现状防浪墙高程/m97.08项目项目方案 1方案 2方案 3水位死水位/m76.7876.7876.78兴利水位/m91.4091.4091.40防洪高水位（P=5%）/m92.9292.9293.37设计洪水位（P=1%）/m93.7493.7594.56校核洪水位（P=0.05%）/m95.7795.8496.11库容死库容/（104m3）240240240兴利库容/（104m3）3 0003 0003 000调洪库容/（104m3）1 7271 7421 833总库容/（104m3）4 9674 9825 073水位/m泄量/（m3/s）方案 1方案 2方案 391.40466.82504.620.0092.00563.23589.4170.1392.50648.06663.34174.1093.00736.76740.13305.4193.50829.18819.68459.2394.00925.17901.88632.6594.501 024.60986.67823.6595.001 127.351 073.951 030.75卞城月：户部岭水库溢洪道控制段除险加固方案比选36山西水利科技第 2 期（总第 228 期）2.4 各方案工程量对比方案 1：进口及控制段需开挖 6 m，左右岸需建裹头与大坝相连接，土石方工程量较大。下游泄槽宽度由现状 60 m 回填为 34.8 m，采用钢筋混凝土结构，单宽流量居中。方案 2：进口及控制段需开挖 7 m，控制段宽度由现状 60 m 回填为 26.4 m，土石方开挖及回填工程量最大，下游泄槽段亦相应缩短，均需回填，回填量较大。该方案单宽流量最大，对下游防洪不利，相应增加了消能设施的工程量。方案 3：进口为现状地形，无需大规模开挖及回填，工程量较小。控制段不需建闸，混凝土工程量较少，施工速度快，但需开挖左岸坝体 10 m，开挖量较大。下游泄槽段由 70 m 渐缩为 30 m，采用钢筋混凝土结构，钢筋混凝土量较大，且泄槽段为弯道渐缩，水流条件不好，易形成折冲水流。2.5 各方案对下游河道影响分析户部岭水库溢洪道下游为老支河，老支河在桩号4+844 处汇入潮白河，老支河入口位于潮白河桩号26+730 处，在潮白河治理工程规划中该处 20 年一遇洪峰流量为 465 m3/s，设计洪水位为 49.74 m，河底高程为 46.73 m，考虑到户部岭水库泄洪影响，并适当考虑错峰，户部岭最大下泄流量为 253 m3/s，其下游桩号24+134，设计洪峰流量为 640 m3/s。方案1与方案2中20年一遇控制泄量均为250m3/s，满足下游河道安全泄量，无需对下游河道进行整治。方案 3 中 20 年一遇下泄流量为 419 m3/s，需要对下游河道进行整治。2.6 各方案优缺点及工程投资比选从技术经济方面对其经行综合比较，水库控制段设计方案经济技术比较见表 5。从表 5 可以看出，方案 3 需对下游河道进行防洪治理，且需加高现状坝顶高程，投资最大；方案 2 与方案 1 投资相当，方案 1 稍大。但方案 1 在兴利水位和设计洪水位间泄洪能力最大，能实现中小洪水控制，有利于紧急情况下腾空库容，减小下游河道的防洪压力；非常运用洪水位最低，对大坝的安全稳定和防洪安全有利。所以，综合以上技术经济因素，本次设计选定方案 1：新建 5 孔 6 m伊5 m 溢洪闸方案。3结语溢洪道作为水库枢纽的重要组成部分，设计和布置的合理与否，不仅关系到工程造价，而且直接影响到水库及下游河道的安全运行。通过对设计方案投资、总体布置、管理和控制运用等各方面进行定性、定量的比较，统筹考虑投资、对下游河道的防洪压力及对大坝的安全稳定和防洪安全等因素，科学选择除险加固方案对充分发挥水库的效益有很大的帮助。户部岭水库除险加固以方案 1 作为溢洪道控制段设计、实施方案，工程建成后经历了多个汛期（尤其是 2019 年超强台风“利奇马”）的考验，发挥了较好的防洪效益，于 2021 年 12 月顺利通过竣工验收。方案主要指标表优点缺点方案 11）连接坝长 23 m，交通桥净长 35.7 m；2）闸总宽 34.8 m，泄槽宽 34.8 m；3）5 孔 6 m伊5.0 m 平板钢闸门，配 QPQ-2伊10 t 卷扬式启闭机；4）可比项直接投资 319.21 万元。1）能有效控制中小洪水泄洪，控制运用方便；2）无需增加现状坝顶高程。1）单宽流量、流速较大，对下游防冲不利；2）工程投资较高；3）运行管理费用高。方案 21）连接坝长 31 m，交通桥净长 28.8 m；2）闸总宽 26.4 m，泄槽宽由 26.4 m 渐变为 20 m；3）3 孔 8 m伊6.0 m 平板钢闸门，配 QPQ-2伊16 t 卷扬式启闭机；4）可比项直接投资 298.75 万元。1）闸孔较少，方便运行管理；2）投资较省。1）单宽流量、流速最大，对下游防洪不利，消能防冲工程量较大；2）溢洪道开挖及回填量较大。方案 31）C20 块石混凝土堰长 70 m；2）连接坝长 23 m，交通桥长 70 m；3）可比项直接投资 345.6 万元。1）充分利用现状溢洪道，施工工艺简单；2）无高耸式结构，对抗震有利；3）无闸及启闭机房，不需人为控制，无金属结构和电气设备，日常维护费用低1）溢洪道泄流不能人工调节控制；2）需开挖大坝 10 m，工程量较大；3）20 年一遇下泄流量超过下游河道安全泄量，需开挖疏浚下游河道。备注：以上投资不包含各方案相同部分的工程量，仅计算可比项投资。表 5控制段设计方案经济技术比较表卞城月：户部岭水库溢洪道控制段除险加固方案比选37