二甲溝水庫溢流堰型設計與水力計算

邢海友，耿賀松

(1.樺川縣悅來灌區(qū)管理站，黑龍江樺川154300;2.黑龍江省水利科學研究院，哈爾濱150080)

1 工程概況

二甲溝水庫行政區(qū)劃屬于黑龍江省哈爾濱市通河縣，松花江左岸一級支流富拉渾河干流中游，位于富林鄉(xiāng)所在地以北6.50 km，至哈肇公路6.50 km，距通河縣城西北23 km。壩址以上流域面積185 km2，庫區(qū)及樞紐工程全部位于通河縣境內，主要建筑物攔河壩、溢洪道、輸水及引水隧洞，依據(jù)國家防洪標準和水利水電工程等級劃分，二甲溝水庫為中型工程，工程等別為Ⅲ等，攔河壩、溢洪道、取水塔為3級，按100 a一遇洪水設計、2 000 a一遇洪水校核，引水隧洞為4級。

按照本工程選定方案樞紐布置，溢洪道泄洪對壩腳不構成威脅，根據(jù)《溢洪道設計規(guī)范》溢洪道消能防沖設計標準按30 a一遇洪水設計，該區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，按地震動峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對照表，地震基本烈度值為Ⅵ度，依據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》，采用基本烈度作為設計烈度，不進行抗震復核計算。

2 溢洪道總體布置

溢洪道為開敞式鞍部溢洪道，溢洪道軸線距右壩端約220 m，閘室兩側與山體相連。溢洪道由進口引渠、平直段、閘室、陡坡段、挑流段、尾水渠組成。全長156.50 m。引水渠長38 m，底高程143.80 m，寬8.0 m。進口平直段長12.0 m，底板頂高程，143.80 m，凈寬8.0 m，兩側采用衡重式擋墻結構，墻頂高程150.60 m，底板采用厚0.5 m混凝土板護砌，閘室段采用鋼筋混凝土“U”型槽結構，總凈寬8 m，分1孔，閘室順水流方向長13 m。采用駝峰堰，堰頂高程144.80 m，邊墩寬1.5 m，墩頂高程150.60 m。設平板工作門與平板檢修門，均采用卷揚式啟閉機。墩頂設交通橋，寬6.0 m，橋面高程150.60 m。

陡坡段長82 m，起點高程143.92 m，斷面為矩形，底寬8 m，陡坡比降1∶5，陡坡兩側為貼坡式擋墻，擋墻頂高程按陡坡水面線加摻氣高度和超高后確定，陡槽底部為鋼筋混凝土底板，擋墻后及底板下布置排水系統(tǒng)。挑流段長11.50 m，反弧半徑9.0 m，挑角20°，鼻坎頂高程127.00 m。尾水渠長665 m，起點底高程125.50 m，比降1∶500，寬8.0 m。

3 溢洪道水力計算

3.1 堰型設計

堰型采用駝峰堰，根據(jù)定型設計水頭和堰高關系，選擇a型堰面曲線，上游堰高1.0 m，中圓弧半徑2.5 m，上下圓弧半徑6.0 m。

3.2 泄流能力計算

泄流能力計算采用《溢洪道設計規(guī)范》(SL253－2000)中，開敞式駝峰堰的泄流能力公式計算:

式中:Q為流量，m3/s;B為溢流堰總凈寬，B=8m;n為閘孔數(shù)目，n=1;g為重力加速度，m/s2;H0為計入行近流速水頭的堰上總水頭，m;ζk為邊墩形狀系數(shù)，取ζk=0;ε為閘墩側收縮系數(shù);m為流量系數(shù)。

經(jīng)計算:設計情況，Q計算=99.63m3/s，Q設計=95.00m3/ s;校核情況Q計算=163.74m3/s，Q設計161.00=m3/s，泄洪能力滿足設計要求。

3.3 挑流消能計算

挑流水舌外緣挑距按下式計算:

式中:L為自挑流鼻坎末端起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m;θ為挑流水舌水面出射角，取θ=20°;h1為挑流鼻坎末端法向水深，m;h2為鼻坎坎頂至下游河床高程差，m; v1為鼻坎坎頂水面流速，m/s，按鼻坎處平均流速v的1.1倍計。

鼻坎平均流速按下式計算:

式中:v為鼻坎末端斷面平均流速，m/s;Z0為鼻坎末端斷面水面以上的水頭，m;φ為流速系數(shù);hf為泄槽沿程損失，m; hj為泄槽各項局部損失水頭之和，m;S為泄槽流程長度，m;q為泄槽單寬流量，m3/(s·m)。

沖刷坑最大水墊深度按下式計算:

式中:T為自下游水面至坑底最大水墊深度，m;q為鼻坎末端斷面單寬流量，m3/(s·m);Z為上、下游水位差，m;K為綜合沖刷系數(shù)，取k=1.1。計算結果見表1:

表1 挑流計算成果表

4 溢洪道排水設計

為減弱閘室基底揚壓力，在帷幕灌漿下游3 m處設置一排排水孔，孔深5 m，孔距1.5 m。為減弱滲水對陡坡段底板和邊墻的滲透壓力，在底板底部和擋土墻后設置縱橫溝槽式碎石排水，構成縱橫排水系統(tǒng)，縱向排水通向挑流鼻坎下面，將滲水排向下游，這樣才能更好保證溢洪道安全。

［1］吳持恭.水利學［M］.北京:高等教育出版社，2001.

［2］左東啟.水工設計手冊［S］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［3］祁慶和.水工建筑物［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.