内容提要:本文简要论述了洞坪大坝枢纽工程采用坝身泄水建筑物配合水垫塘消能的必要性,针对坝址河床、河谷甚为狭窄的特点，将三中孔、两表孔中心线交汇于同一点。为了尽量使水流占满塘宽同时不致冲击岸坡,结合模型试验的结果，对中孔和表孔采取了不同形式的宽尾墩偏流，并在空间上形成一定的碰撞消能效果。
关键词：洞坪工程、泄水建筑物、布置设计
1.概述
洞坪水电枢纽工程总库容3.43亿m3，电站装机110MW。水库控制流域面积1420.5km2，尽管工程的入库洪水并不算大，因系山区型河道水库，调节库容不大，特别是坝址河谷、河床极其狭窄，水头较高，泄洪消能的问题比较突出。可研阶段曾考虑过分流的可能和必要，但出于经济等方面的考虑，最后确定在坝上解决洪水问题。
随着技术的进步，坝身开孔及坝后消能相结合在国内外已广为人知，我国已建的二滩、隔河岩等拱坝为后续拱坝的建设提供了宝贵的经验。针对洞坪大坝的地质条件和河谷特点，可设法在此有限的宽度内采取多层立体泄水模式来解决泄洪时溢流前沿宽度不足的问题。至于下游消能防冲，可综合研究解决问题。
通过水工模型试验和分析论证后认为，为了安全、正常地发电，避免泄洪水流对坝后河床和两岸的严重冲刷，确保坝基和两岸拱座稳定，必须修建坝后水垫塘妥善地防护、充分地消能。

2.泄洪建筑物布置
2.1布置原则及优化调整
可研和招标设计中，坝身泄洪建筑物下游暂采用挑流消能。技施设计阶段，补作的初期水工模型试验主要是验证挑流消能方案的可行性，论证采用水垫塘消能的必要性。结合试验论证说明，对洞坪工程来说，挑流消能是不合适的，修建坝后水垫塘消能是必要的。在设计时主要遵循下列设计原则：
（1）中孔和表孔的泄流量为合适的比例
洞坪坝址河床、河谷甚为狭窄、河床宽仅30余米，不可能将泄洪中心轴线与拱坝对称中心轴线分开而只能合一布置，拱冠又不宜布置横缝，河床段也只能大体对称地布置三个泄洪坝块。中孔不宜、而表孔则可以骑缝布置，故三中孔两表孔的布置，在洞坪工程已是定局。考虑一是在50年标准的消能工况下，仅用两表孔加中间中孔泄洪时消能效果最好；二是中孔减小后，工作弧门推力骤减，有利于降低工程造价。因而将原以中孔泄洪为主改为高频洪水以表孔泄洪为主的方式，可以缩短水垫塘的尺寸，泄洪建筑物运用更加方便和安全。
（2）避免过分向心集中，以充分利用塘宽
各孔出射水流尽量循河向的最有效措施就是减小边中孔和表孔中心轴线与泄洪中心轴线的夹角。结合试验，选用合宜的不对称收缩尾墩，可辅助控制水流流向基本顺河。
（3）尽量利用空中碰撞消能
当两表孔加中中孔参泄的常遇情况时，三股水舌空中碰撞并无溅水冲岸现象，但消能效果很好，又有利于塘底板上压力及脉压状况。
2.2泄洪建筑物布置设计
泄洪建筑物由三个中孔和两个表孔组成。三个泄洪中孔呈倒三角形布置在7#、8#、9#三个坝块，左（1#）、右（3#）中高程孔均为430.0m，中（2#）中孔高程为420.0m；两表孔骑7#和8#横缝布置在两两中孔之间，堰顶高程478.0m。
2.2.1中孔布置设计
1.平面布置
经反复布置调试和计算分析，将各孔轴交会到泄洪中心轴线上距坝顶拱冠上游点198m的地方（该点的工程坐标为x=0m,y=241.628m），中中孔中心线与拱坝对称中心线重合，边中孔与对称中心线的夹角为6°，边中孔采取内侧多收外侧少收，但对边中孔的外侧平面扩散转向留有余地的方式布置。三中孔的孔口净宽均为5.0m。图1为中孔的平面布置图。


图1中孔平面布置图
2.体形设计
边中孔和中中孔的孔口尺寸分别为。顺水流方向分喇叭形进口段、坝身有压段、出口明流段三部分。喇叭形进口段进口底缘为半径2.0m的1/4圆弧，侧边墩为1/4椭圆；进口前沿为椭圆，其后与缓坡段相切，最后出口尺寸变为5×6.5m2（中中孔）或5×6m2（边中孔），设弧形钢闸门控制出流；出口明流段在大量水力试验的基础上，采取平底段、陡坡镂空段和无底侧墙收缩段组成的结构型式。
2.2.2表孔布置设计

图2表孔平面布置图
2.体形设计
通过水力模型试验反复比较。出口采用双侧挑、中间跌的差动坎泄洪时不冲击岸坡、消能效果较好。表孔进口侧曲线为四分之一个椭圆，上游堰面曲线也为四分之一椭圆曲线，堰顶下游堰面曲线采用WES曲线，其后接1∶2.5的直坡段与堰面曲线相切。挑坎末端高程471.125m，下跌槽末端高程468.00m。

3.泄洪建筑物泄流能力
3.1中孔泄流能力计算
根据水位高低，中孔泄流流态分为有压流、明流和过渡流。设上游水深为H、孔高为a，由明流至半有压过渡流的界限值为H/a<1.2，明流采用宽顶堰流、有压流采用孔口出流的公式分别计算，计算结果与水力模型试验的结果对比见表1。
表1 中孔泄流能力计算、试验成果对比表
库水位 420 430 440 450 460 470 480 490 495
2#孔 设 计 0 265 462 605 720 819 907 988 1025
试 验 0 267 467 618 734 825 909 997 1047
1、3#中孔 设 计 - 0 275 478 631 753 858 952 995
试 验 - 0 285 493 646 765 862 957 1009
从中可以看出，总体结果是试验值较计算值略大，其中1、3#中孔的流量试验比计算大4～15m3/s，相差0.5～3%；2#中孔的流量试验比计算大2～22m3/s，相差0.7～2%。采用计算值是偏于安全的。
3.2表孔泄流能力计算
采用宽顶堰流公式计算，计算结果与水力模型试验的结果对比见表2。
表2表孔泄流能力计算、试验成果对比表
库水位 478 480 482 484 486 488 490 492 494 495
设计值 0 53 157 300 471 670 906 1183 1495 1664
试验值 0 93 203 336 497 692 926 1200 1500 1649
从计算结果可以看出，除了495.00m高程的试验结果小于计算值15m3/s，水位495.00m下的流量均为试验结果大于计算值，流量相差为5～46m3/s，且校核洪水位低于494m，采用计算值是偏于安全的。

4.结论
（1）洞坪坝址河窄，岩石抗冲能力低；地下厂房尾水洞出口距坝近，水库泄洪单宽流量大，水头较高。为了避免泄洪水流对坝基和两岸坡的严重冲刷，确保拱座稳定安全；为了避免尾水洞口不至被冲刷物堆丘淤堵，确保洞口水流平稳和尾水闸安全，采用坝身泄洪和水垫塘相结合泄洪消能是合适的。
（2）由于受河谷宽度、分缝等因素的制约，采取了三中孔、两表孔泄洪中心线与大坝对称中心线较汇与一点。为了使泄洪水流尽量占满塘宽而又不冲击两岸山体，在水力模型试验的基础上，边中孔采取内侧多收外侧少收，表孔出坎边墩则内侧少收外侧多收的布置方式。在空间上根据表、中孔错位布置进行碰撞消能。
（3）从泄流能力来看，无论是表孔还是中孔，试验结果普遍比计算结果稍大，因而采用计算结果进行设计是偏于安全的。