石津干渠藁城段渠道布置方案比選

劉大鵬

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

石津干渠藁城段渠道布置方案比選

劉大鵬

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津300250）

南水北調(diào)配套工程石津干渠藁城段利用現(xiàn)有石津灌區(qū)總干渠進行改造，現(xiàn)狀藁城段因地形落差大而設(shè)有多處跌水。配套工程設(shè)計選取北莊至故獻約10km渠道作為典型渠段，對保留跌水和挖除跌水等方案進行經(jīng)濟、技術(shù)比較，論證了保留跌水的渠道布置方案更為經(jīng)濟合理。

南水北調(diào)配套；石津干渠；渠道布置；方案比選

1 工程概況

石津干渠工程是河北省南水北調(diào)配套工程跨市干渠工程之一，其主要供水對象為石家莊、衡水和滄州地區(qū)。干渠工程自南水北調(diào)中線總干渠田莊分水口開始，通過新建箱涵連接趙陵鋪下游既有灌溉渠道——石津灌區(qū)總干渠，利用石津灌區(qū)總干渠輸水到軍齊后分為衡水支線和滄州支線，分別輸水至衡水的衡水湖和滄州的大浪淀，線路總長276.42km，年平均南水北調(diào)供水量10.5億m3，灌溉輸水量5.96億m3。

藁城段基本位于石家莊地區(qū)的藁城市境內(nèi)，渠段長30.4km，西起北莊跌水，東至紫城節(jié)制閘，渠道右岸緊鄰307國道，左岸存在部分村莊。本渠段與石津灌區(qū)總干渠結(jié)合，通過對原灌溉渠道改造而成，渠道灌溉輸水與南水北調(diào)供水組合后設(shè)計流量145～130m3/s，加大流量155～140m3/s。

2 藁城段渠道現(xiàn)狀

石津干渠藁城段位于太行山山前傾斜平原區(qū)，地勢西高東低，地面高程63.5～44.5m，地形落差大?，F(xiàn)狀渠道基本為沒有襯砌的土質(zhì)渠道，為避免水流沖刷，降低水流流速，采用了設(shè)置跌水以調(diào)緩渠道縱坡的設(shè)計方案，共設(shè)有北莊、良村、故獻、梨園莊、郭莊5處跌水，跌差分別為1.92，1.95，1.69，1.64，2.42m。根據(jù)渠道多年運用沖淤情況分析，達到了預(yù)期設(shè)計效果。

藁城段渠道現(xiàn)狀縱坡1/3000～1/20000，底寬12～25m，渠底高程57.7～43.0m，堤頂高程64.5～47.5m，邊坡基本為1∶2。地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型有黏性土單一結(jié)構(gòu)和上部以黏性土為主、下部為細砂的粘砂雙層結(jié)構(gòu)。

3 渠道縱斷面比選

為避免水流沖刷，降低水流流速，本工程采用了設(shè)置跌水以調(diào)緩渠道縱坡的設(shè)計方案。

為防滲、減糙，渠道采用全斷面混凝土板襯砌，考慮跌水建筑物重建投資較大，因而調(diào)陡渠道縱坡、挖除現(xiàn)狀跌水成為可行方案。

3.1 方案

為選擇合理的布置方案，降低工程投資，根據(jù)改造設(shè)計原則選取北莊跌水至故獻跌水10km渠道作為典型渠段，對保留良村跌水、取消良村跌水和整體挖除良村跌水等3個渠道布置方案進行比較。

3.1.1 保留良村跌水（方案1）

渠道縱坡基本維持現(xiàn)狀，不進行大的挖填，只在現(xiàn)狀渠道基礎(chǔ)上進行局部修整。北莊跌水至良村跌水渠段，長4.841km；其中上游2.897km渠道設(shè)計縱坡1/3500，邊坡1∶2，底寬20m；下游1.944km渠道已經(jīng)襯砌，利用原有渠道，渠道設(shè)計縱坡1/10000，邊坡1∶2，底寬25m。良村跌水至故獻跌水渠段，長5.14km，渠道設(shè)計縱坡1/3000，邊坡1∶2，底寬20m。

本方案對渠底、渠坡分別采用8cm和10cm厚現(xiàn)澆混凝土板襯砌，需拆除重建良村跌水。

3.1.2 取消良村跌水（方案2）

取消良村跌水，北莊跌水下游渠底連接故獻跌水上游渠底。全段渠道縱坡1/2095，邊坡1∶2，底寬20m。本設(shè)計方案良村跌水以上渠道下挖0～0.8m，良村跌水以下渠道回填0～0.8m。

3.1.3 整體挖除良村跌水（方案3）

整體挖除良村跌水，北莊跌水下游渠底連接良村跌水下游渠底。北莊跌水至良村跌水渠道縱坡1/1587，邊坡1∶2，底寬20m；良村跌水至故獻跌水渠道縱坡1/3000，邊坡1∶2，底寬20m。 本設(shè)計方案良村跌水以上渠道下挖0～1.6m，良村跌水以下渠道基本維持現(xiàn)狀，不進行大的挖填，只在現(xiàn)狀渠道基礎(chǔ)上進行局部修整。

3個方案渠道縱斷面如圖1。

圖1 渠道縱斷面示意圖

3.2 水力設(shè)計

渠道灌溉流量與配套供水流量疊加后，北莊跌水至良村跌水加大流量155m3/s，良村跌水至故獻跌水加大流量145m3/s。

為分析不同設(shè)計方案對既有橋梁的影響，根據(jù)擬定的不同縱斷面方案，采用明渠非均勻流公式推算了渠道改造后加大流量水面線。計算中，未襯砌渠道綜合糙率取0.022，混凝土襯砌渠道綜合糙率取0.015。

水面線推算成果如表1。

表1 石津干渠藁城段渠道縱橫斷面設(shè)計參數(shù)

3.3 對橋梁的影響

北莊跌水至良村跌水渠段，長4.841km；其中上游2.897km渠道設(shè)計縱坡1/3500，邊坡1∶2，底寬20m；下游1.944km渠道已經(jīng)襯砌，利用原有渠道，渠道設(shè)計縱坡1/10000。

3個方案均為常規(guī)渠道或建筑物設(shè)計，不存在難以解決的技術(shù)問題。但方案2由于良村跌水上游挖深較大，需拆除重建良村橋。

由于橋梁權(quán)屬單位為公路部門，協(xié)調(diào)工作量及難度相對較大，施工工期難以掌控，因而方案2不宜作為推薦方案。

3.4 施工

工程施工主要包括土方開挖回填、混凝土襯砌板澆筑、混凝土框格植草護坡等施工。其中渠道貼坡回填土層較薄，若回填土碾壓不密實，易造成襯砌板沉降、斷裂、滑坡等現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)以上問題，不但會增加渠道滲漏量，還會增加渠道糙率影響輸水能力，甚至襯砌板被沖毀進而影響渠道邊坡穩(wěn)定，后果嚴重?；谝陨戏治?，方案1貼坡回填工程量最小，作為推薦方案對保證工程質(zhì)量最為有利。

3.5 運行管理

3個方案均滿足南水北調(diào)配套供水及灌溉要求，方案1雖保留良村跌水，但不需配備專門的運行管理人員，因而3個方案管理難度不存在較大差異。

3.6 投資比較

根據(jù)3個方案的工程布置對主要土建工程量及投資計算如表2。

表2 3個方案主要土建工程量及投資比較

由表2可知，方案1較方案2及方案3土建投資分別降低864.7萬元和499.9萬元。從投資角度分析，推薦方案1。

3.7 方案選定

通過各方案對既有橋梁的影響、施工、運行管理及投資等幾個方面的比較分析，推薦保留良村跌水方案1。

4 結(jié)語

（1）通過典型渠段不同設(shè)計方案對跨渠橋梁影響、施工、運行管理及投資等多方面比較，推薦保留原有跌水的渠道縱斷面設(shè)計方案（方案1），達到了降低對既有建筑物影響、方便施工及運行管理且節(jié)省工程投資的設(shè)計效果。

（2）本工程在渠道改造設(shè)計中有一定的代表性，其結(jié)合工程現(xiàn)狀、合理利用原有工程的設(shè)計方案比選思路，對其他類似工程設(shè)計具有一定的參考意義。

［1］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.河北省南水北調(diào)配套工程規(guī)劃［R］.2007.

［2］河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程北莊至?xí)x州西段初步設(shè)計報告 （核定稿）［R］.2013.

［3］李煒.水力計算手冊（第二版）［K］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［4］吳持恭.水力學(xué)（第三版）［K］.北京：高等教育出版社，2003.

［5］謝世良.引洮供水一期工程總干渠縱斷面設(shè)計［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2010（10）：22-23.

［6］GB50286—2013，堤防工程設(shè)計規(guī)范［S］.

［7］SL328—2005，水利水電工程設(shè)計工程量計算規(guī)定［S］.

Shijin main canal Gaocheng section channel layout scheme comparison

LIU Da-peng
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

The main canal of the Shijin irrigation district has been transformed into the ShiJin main canal of Gaocheng section of match project of South-to-North water diversion project，the status quo of this section has several drop because of topography changes greatly.The match project design choose BeiZhuang to GuXian as a typical canal section，the channel is about 10 km，make an comparison of retain drop and excavate drop on economic and technical，proved channels layout with reserves drop was more economic and reasonable.

match project of South-to-North water diversion project； Shijin main canal； channel arrangement； scheme comparison

TV68

B

1672-9900（2015）02-0033-04

2015-03-10

劉大鵬（1981-），男（漢族），河北唐海人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作，（Tel）022-26154653。