喀麦隆曼维莱水电站泄洪方式设计与探讨

2017-04-07彭小川刘玉玺林德金赫庆彬

水利水电工程设计 2017年3期

关键词：土坝溢洪道洪水

彭小川刘玉玺林德金赫庆彬

喀麦隆曼维莱水电站泄洪方式设计与探讨

彭小川刘玉玺林德金赫庆彬

喀麦隆曼维莱水电站位于非洲热带雨林地区，洪水标准高。本工程设置了主溢洪道、泄洪冲沙闸和辅助溢洪道联合泄洪，有效保证了工程的泄洪能力，也使得工程面对一般洪水情况下有较灵活的泄洪方式。

曼维莱水电站泄洪方式主溢洪道辅助溢洪道泄洪冲沙闸

1 工程概况

喀麦隆曼维莱水电位于喀麦隆共和国南部大区恩特姆省境内，拦河坝位于恩特姆河上，电站采用引水径流式开发，工程的主要任务是发电，最大引水流量450 m3/s。水库总库容为1.3亿m3，电站装机4台，单机容量52.75 MW，总装机容量211 MW。工程主要建筑物由首部挡水和泄水建筑物以及位于工程区左岸的引水发电系统建筑物等组成。首部枢纽坝顶高程395.0 m，坝顶总长约1 800 m，其中拦河坝长约1 608 m，泄洪冲沙闸及主溢洪道长86 m，辅助溢洪道长106 m。泄洪冲沙闸和主溢洪道共6孔，布置于左岸主河槽，辅助溢洪道共8孔，布置于右岸主河槽，泄水建筑物上、下游布置翼墙以及消力池、护坦与原河床和两侧坝体连接。

2 设计洪水标准

根据法国柯恩贝利尔公司给出的洪水系列，采用P-Ⅲ型频率分析方法对坝址处尼亚贝桑站洪水进行了复核。对于溢洪道设计洪水，10 000年一遇洪水流量的选取要根据坝型情况确定。如果是土坝，至少要选取期望频率流量，或者甚至是可靠界限的上限值，如果不能准确估算可能最大洪水，可靠界限的上限值可以取至99%。在以往工程设计中，当降雨资料无法满足PMF计算要求时，可将10 000年一遇设计洪水适当加大作为PMF。本工程将10 000年一遇设计洪水适当加大作为校核标准洪水。

项目实际洪水标准的确定原则上不低于前期可行性研究阶段确定及合同规定的标准，而1993年可行性研究中确定将坝址处10 000年一遇洪水作为设计洪水来进行拦河坝及泄水建筑物的设计；因此，综合考虑曼维莱水电站泄水建筑物实际规模以及在喀麦隆国民经济发展中的重要作用，洪水标准最终确定为：首部枢纽及电站厂房设计及校核洪水标准分别为10 000年一遇洪水及10 000年一遇洪水加大20%，则坝址处相应设计及校核洪峰流量为3 450 m3/s和4 140 m3/s；电站厂房尾水处相应设计及校核洪峰流量为3 611 m3/s和4 333.2 m3/s。

3 泄洪布置原则

根据枢纽汛期泄洪排沙的要求及水库运行方式，本工程设置了2个溢洪道：主溢洪道和辅助溢洪道。其中主溢洪道与冲沙闸结合在一起布置，位于左岸主河槽，辅助溢洪道布置在右岸主河槽。

泄洪冲沙闸及主溢洪道紧接左岸连接坝和河心岛心墙坝段布置，位于恩特姆河左岸主河槽上，分别为1孔带弧门控制的平底宽顶堰和5孔带弧门控制的实用溢流堰。

辅助溢洪道位于恩特姆河右岸主河槽上，两侧分别接河心岛土坝段和右岸土坝段，为8孔无闸控溢流堰结构。

本工程水库正常蓄水位、设计洪水位及校核洪水位均为392.00 m，最低运行水位391.50 m。泄水建筑物按照10 000年一遇洪水设计；按照10 000年一遇洪水加大20%校核。

泄水建筑物的运用要求为：

(1)在正常运行条件下的任何泄洪工况，水库洪水全部由泄水建筑物宣泄。

(2)水库有放空要求，泄水建筑物应具备降低库水位的能力，以便必要时对挡水建筑物进行检修。

(3)在一般洪水条件下，当水库来流量超过电站最大引用流量时，应尽量避免因频繁开启泄水建筑物的闸门而带来运行操作上的不便或者因闸门操作失误带来的危险。

(4)本工程泄洪冲沙闸除了冲沙功用之外主要还是作为泄洪建筑物来运用。将泄洪冲沙闸的下泄流量控制在350～400 m3/s之内，其余洪水主要通过主溢洪道下泄，以做到泄水建筑物的联合调度运用以及泄水建筑物下泄单宽流量基本协调。

(5)除了水库常遇洪水(2年一遇洪水1 250 m3/s)及100年一遇洪水条件下考虑电站4台机运行(最大引水流量450 m3/s)之外，其余条件下均不考虑机组引水发电参与下泄水库洪水来设计泄水建筑物及其消力池的规模。

4 泄洪要求及安全评

枢纽过流建筑物包括：1孔带弧门的泄洪冲沙闸、5孔带弧门的主溢洪道和8孔无闸控辅助溢洪道。在非汛期天然来水流量小于电站机组发电流量，所有水流通过机组发电后进入下游河道。根据泄水建筑物过流能力复核计算，在正常蓄水位392.00 m时，1孔泄洪冲沙闸的全开最大泄量为850 m3/s，5孔主溢洪道全开最大泄量为3 688 m3/s，总泄量达到4 538 m3/s，满足枢纽的泄流能力需要。

在正常情况下，泄水建筑物泄洪运行是可靠的。当遇到泄水建筑物在运行期出现故障，假定其中1孔不能正常运用时，枢纽其余过流建筑物仍然可以满足下泄设计洪水的泄洪要求。

5 泄洪冲沙闸和主溢洪道设计

泄洪冲沙闸及主溢洪道位于拦河坝左岸主河槽上，由上游连接段、冲沙槽、控制段、消力池段和海漫段等部分组成，上、下游总长157.6 m。主溢洪道及泄洪冲沙闸左侧上游与左岸连接坝连接，上游右侧以扶臂式翼墙与土坝连接；下游左右侧以扶臂式翼墙与岸坡及土坝连接。主溢洪道及泄洪冲沙闸控制段顶部设有公路桥与土坝和左岸平台连接，形成贯穿坝顶的交通，上游侧布置有检修叠梁门启闭门机轨道，闸墩上布置液压启闭机房。主溢洪道及泄洪冲沙闸控制段沿坝轴线紧凑布置在一起，采用闸室分缝的方式，其中泄洪冲沙闸1孔、主溢洪道5孔，孔口净宽均为11.0 m，均为开敞式布置，泄洪冲沙闸及主溢洪道的堰顶高程分别为379.0 m和382.0 m，闸顶高程与土坝坝顶高程同为395.0 m。

6 辅助溢洪道设计

辅助溢洪道由上游连接段、控制段、下游连接段等部分组成，上、下游总长110.0 m。辅助溢洪道上、下游左、右侧均以扶臂式翼墙与土坝连接，辅助溢洪道控制段顶部设有公路桥与土坝坝顶连接，形成贯穿坝顶的交通。辅助溢洪道共8孔，孔口净宽均为11.0 m，均为开敞式布置，溢流堰堰顶高程为392.0 m，与水库正常蓄水位齐平，顶高程与土坝坝顶高程同为395.0 m。

辅助溢洪道布置在右岸主河槽上，其功用：第一，是在一般洪水条件下，当水库来流量超过电站发电引用流量时，多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄，保证有一个相对稳定的库水位，以尽量避免因频繁开启泄洪冲沙闸或者主溢洪道的闸门而带来的运行操作上的不便或者因闸门操作失误带来的危险；第二，是在水库遇到超标洪水的极端情况下，可以作为洪水的下泄通道，从而成为确保土坝安全的又一道安全防线和储备；第三，通过参与水库多余弃水下泄或者泄洪，可以避免坝址下游现状河道右岸主河槽出现彻底断流现象。

鉴于拦河坝及主溢洪道闸门均按照水库正常蓄水位392.0 m作为设计条件，主溢洪道及泄洪冲沙闸闸顶高程为392.8 m，因此，当水库来流量超过电站发电引用流量时，多余的来水量通过辅助溢洪道自然下泄，水库水位也随之壅高，当水库水位壅高至392.5 m时，就需要通过开启泄洪冲沙闸或者主溢洪道的闸门来下泄洪水。