彭小川 劉玉璽 林德金 赫慶彬

喀麥隆曼維萊水電站泄洪方式設(shè)計與探討

彭小川 劉玉璽 林德金 赫慶彬

喀麥隆曼維萊水電站位于非洲熱帶雨林地區(qū)，洪水標準高。本工程設(shè)置了主溢洪道、泄洪沖沙閘和輔助溢洪道聯(lián)合泄洪，有效保證了工程的泄洪能力，也使得工程面對一般洪水情況下有較靈活的泄洪方式。

曼維萊水電站 泄洪方式 主溢洪道 輔助溢洪道 泄洪沖沙閘

1 工程概況

喀麥隆曼維萊水電位于喀麥隆共和國南部大區(qū)恩特姆省境內(nèi)，攔河壩位于恩特姆河上，電站采用引水徑流式開發(fā)，工程的主要任務(wù)是發(fā)電，最大引水流量450 m3/s。水庫總庫容為1.3億m3，電站裝機4臺，單機容量52.75 MW，總裝機容量211 MW。工程主要建筑物由首部擋水和泄水建筑物以及位于工程區(qū)左岸的引水發(fā)電系統(tǒng)建筑物等組成。首部樞紐壩頂高程395.0 m，壩頂總長約1 800 m，其中攔河壩長約1 608 m，泄洪沖沙閘及主溢洪道長86 m，輔助溢洪道長106 m。泄洪沖沙閘和主溢洪道共6孔，布置于左岸主河槽，輔助溢洪道共8孔，布置于右岸主河槽，泄水建筑物上、下游布置翼墻以及消力池、護坦與原河床和兩側(cè)壩體連接。

2 設(shè)計洪水標準

根據(jù)法國柯恩貝利爾公司給出的洪水系列，采用P-Ⅲ型頻率分析方法對壩址處尼亞貝桑站洪水進行了復(fù)核。對于溢洪道設(shè)計洪水，10 000年一遇洪水流量的選取要根據(jù)壩型情況確定。如果是土壩，至少要選取期望頻率流量，或者甚至是可靠界限的上限值，如果不能準確估算可能最大洪水，可靠界限的上限值可以取至99%。在以往工程設(shè)計中，當降雨資料無法滿足PMF計算要求時，可將10 000年一遇設(shè)計洪水適當加大作為PMF。本工程將10 000年一遇設(shè)計洪水適當加大作為校核標準洪水。

項目實際洪水標準的確定原則上不低于前期可行性研究階段確定及合同規(guī)定的標準，而1993年可行性研究中確定將壩址處10 000年一遇洪水作為設(shè)計洪水來進行攔河壩及泄水建筑物的設(shè)計；因此，綜合考慮曼維萊水電站泄水建筑物實際規(guī)模以及在喀麥隆國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，洪水標準最終確定為：首部樞紐及電站廠房設(shè)計及校核洪水標準分別為10 000年一遇洪水及10 000年一遇洪水加大20%，則壩址處相應(yīng)設(shè)計及校核洪峰流量為3 450 m3/s和4 140 m3/s；電站廠房尾水處相應(yīng)設(shè)計及校核洪峰流量為3 611 m3/s和4 333.2 m3/s。

3 泄洪布置原則

根據(jù)樞紐汛期泄洪排沙的要求及水庫運行方式，本工程設(shè)置了2個溢洪道：主溢洪道和輔助溢洪道。其中主溢洪道與沖沙閘結(jié)合在一起布置，位于左岸主河槽，輔助溢洪道布置在右岸主河槽。

泄洪沖沙閘及主溢洪道緊接左岸連接壩和河心島心墻壩段布置，位于恩特姆河左岸主河槽上，分別為1孔帶弧門控制的平底寬頂堰和5孔帶弧門控制的實用溢流堰。

輔助溢洪道位于恩特姆河右岸主河槽上，兩側(cè)分別接河心島土壩段和右岸土壩段，為8孔無閘控溢流堰結(jié)構(gòu)。

本工程水庫正常蓄水位、設(shè)計洪水位及校核洪水位均為392.00 m，最低運行水位391.50 m。泄水建筑物按照10 000年一遇洪水設(shè)計；按照10 000年一遇洪水加大20%校核。

泄水建筑物的運用要求為：

(1)在正常運行條件下的任何泄洪工況，水庫洪水全部由泄水建筑物宣泄。

(2)水庫有放空要求，泄水建筑物應(yīng)具備降低庫水位的能力，以便必要時對擋水建筑物進行檢修。

(3)在一般洪水條件下，當水庫來流量超過電站最大引用流量時，應(yīng)盡量避免因頻繁開啟泄水建筑物的閘門而帶來運行操作上的不便或者因閘門操作失誤帶來的危險。

(4)本工程泄洪沖沙閘除了沖沙功用之外主要還是作為泄洪建筑物來運用。將泄洪沖沙閘的下泄流量控制在350～400 m3/s之內(nèi)，其余洪水主要通過主溢洪道下泄，以做到泄水建筑物的聯(lián)合調(diào)度運用以及泄水建筑物下泄單寬流量基本協(xié)調(diào)。

(5)除了水庫常遇洪水(2年一遇洪水1 250 m3/s)及100年一遇洪水條件下考慮電站4臺機運行(最大引水流量450 m3/s)之外，其余條件下均不考慮機組引水發(fā)電參與下泄水庫洪水來設(shè)計泄水建筑物及其消力池的規(guī)模。

4 泄洪要求及安全評

樞紐過流建筑物包括：1孔帶弧門的泄洪沖沙閘、5孔帶弧門的主溢洪道和8孔無閘控輔助溢洪道。在非汛期天然來水流量小于電站機組發(fā)電流量，所有水流通過機組發(fā)電后進入下游河道。根據(jù)泄水建筑物過流能力復(fù)核計算，在正常蓄水位392.00 m時，1孔泄洪沖沙閘的全開最大泄量為850 m3/s，5孔主溢洪道全開最大泄量為3 688 m3/s，總泄量達到4 538 m3/s，滿足樞紐的泄流能力需要。

在正常情況下，泄水建筑物泄洪運行是可靠的。當遇到泄水建筑物在運行期出現(xiàn)故障，假定其中1孔不能正常運用時，樞紐其余過流建筑物仍然可以滿足下泄設(shè)計洪水的泄洪要求。

5 泄洪沖沙閘和主溢洪道設(shè)計

泄洪沖沙閘及主溢洪道位于攔河壩左岸主河槽上，由上游連接段、沖沙槽、控制段、消力池段和海漫段等部分組成，上、下游總長157.6 m。主溢洪道及泄洪沖沙閘左側(cè)上游與左岸連接壩連接，上游右側(cè)以扶臂式翼墻與土壩連接；下游左右側(cè)以扶臂式翼墻與岸坡及土壩連接。主溢洪道及泄洪沖沙閘控制段頂部設(shè)有公路橋與土壩和左岸平臺連接，形成貫穿壩頂?shù)慕煌ǎ嫌蝹?cè)布置有檢修疊梁門啟閉門機軌道，閘墩上布置液壓啟閉機房。主溢洪道及泄洪沖沙閘控制段沿壩軸線緊湊布置在一起，采用閘室分縫的方式，其中泄洪沖沙閘1孔、主溢洪道5孔，孔口凈寬均為11.0 m，均為開敞式布置，泄洪沖沙閘及主溢洪道的堰頂高程分別為379.0 m和382.0 m，閘頂高程與土壩壩頂高程同為395.0 m。

6 輔助溢洪道設(shè)計

輔助溢洪道由上游連接段、控制段、下游連接段等部分組成，上、下游總長110.0 m。輔助溢洪道上、下游左、右側(cè)均以扶臂式翼墻與土壩連接，輔助溢洪道控制段頂部設(shè)有公路橋與土壩壩頂連接，形成貫穿壩頂?shù)慕煌?。輔助溢洪道共8孔，孔口凈寬均為11.0 m，均為開敞式布置，溢流堰堰頂高程為392.0 m，與水庫正常蓄水位齊平，頂高程與土壩壩頂高程同為395.0 m。

輔助溢洪道布置在右岸主河槽上，其功用：第一，是在一般洪水條件下，當水庫來流量超過電站發(fā)電引用流量時，多余的來水量通過輔助溢洪道自然下泄，保證有一個相對穩(wěn)定的庫水位，以盡量避免因頻繁開啟泄洪沖沙閘或者主溢洪道的閘門而帶來的運行操作上的不便或者因閘門操作失誤帶來的危險；第二，是在水庫遇到超標洪水的極端情況下，可以作為洪水的下泄通道，從而成為確保土壩安全的又一道安全防線和儲備；第三，通過參與水庫多余棄水下泄或者泄洪，可以避免壩址下游現(xiàn)狀河道右岸主河槽出現(xiàn)徹底斷流現(xiàn)象。

鑒于攔河壩及主溢洪道閘門均按照水庫正常蓄水位392.0 m作為設(shè)計條件，主溢洪道及泄洪沖沙閘閘頂高程為392.8 m，因此，當水庫來流量超過電站發(fā)電引用流量時，多余的來水量通過輔助溢洪道自然下泄，水庫水位也隨之壅高，當水庫水位壅高至392.5 m時，就需要通過開啟泄洪沖沙閘或者主溢洪道的閘門來下泄洪水。

7 結(jié) 語

(1)曼維萊泄流消能建筑物主溢洪道、泄洪沖沙閘和輔助溢洪道的布置充分利用了工程所在地原河道的2條支流布置，因地制宜。

(2)曼維萊泄流方式可以在有效保證抵抗設(shè)計和校核洪水條件下，在一般洪水下有效利用輔助溢洪道。

(3)曼維萊的泄流方式考慮檢修情況，閘門不能全部開啟時的留有安全裕度。

(4)面對非洲雨林地帶河流多泥沙和漂浮物的特點，設(shè)置合理的泄洪沖沙閘，解決淤積問題。

(5)本工程泄水建筑物的布置，有效地保證了極端情況下在主溢洪道1孔不能打開時的泄洪能力滿足泄洪標準，提高了泄洪的安全性和可靠度。

TV65

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彭小川 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司 天津 300222

劉玉璽 男 工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司 天津 300222

林德金 男 教授級高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司 天津 300222

赫慶彬 男 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司 天津 300222

2017-07-05)