西泉眼灌區(qū)興隆渠首設(shè)計(jì)淺析

付　強(qiáng)

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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西泉眼灌區(qū)興隆渠首設(shè)計(jì)淺析

付強(qiáng)

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

摘要：興隆渠首位于西泉眼灌區(qū)興隆分灌區(qū)，老興隆渠首包括攔河壩、沖沙閘，其攔河壩為臨時(shí)性堆石壩，標(biāo)準(zhǔn)低、堅(jiān)固性差，故考慮重建攔河壩、泄洪沖沙閘，新建固灘工程。文章對(duì)興隆渠首攔河壩壩線位置及樞紐總體布置方案分別進(jìn)行了方案比選，并進(jìn)行了過流能力計(jì)算、消能防沖計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算和滲流穩(wěn)定計(jì)算。最后給出了工程布置方案。

關(guān)鍵詞：渠道設(shè)計(jì)；攔河壩；沖沙閘；工程布置；方案比選

1工程概況

黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區(qū)位于阿什河兩岸的河灘地與高漫灘地，地理位置在E45°15′～45°50′，N126°43′～127°20′范圍內(nèi)[1]。西泉眼灌區(qū)分為7個(gè)分灌區(qū)，分別為民合、雙豐、河?xùn)|、新香坊、興隆、西川、紅星分灌區(qū)。興隆分灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積867 hm2，規(guī)劃灌溉面積227 hm2。興隆渠首位于興隆分灌區(qū)，老興隆渠首包括攔河壩、沖沙閘，其攔河壩為臨時(shí)性堆石壩，標(biāo)準(zhǔn)低、堅(jiān)固性差，本次興隆渠首設(shè)計(jì)考慮重建攔河壩、泄洪沖沙閘，新建固灘工程。

2興隆渠首建筑物級(jí)別及防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)，引水樞紐工程等別根據(jù)引水流量的大小確定工程等別，興隆渠首樞紐設(shè)計(jì)引水流量2.49 m3/s，加大引水流量3.11 m3/s，工程等別為Ⅳ等，建筑物級(jí)別為主要建筑物4級(jí)，次要建筑物5級(jí)，相應(yīng)設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，沖沙閘、攔河壩建筑物級(jí)別均為4級(jí)[2]。

3興隆渠首攔河壩壩線位置方案比選

本次設(shè)計(jì)為興隆渠首工程改造，在興隆干渠及進(jìn)水口位置確定的基礎(chǔ)上，對(duì)渠首樞紐總體布置進(jìn)行上下壩線2個(gè)方案的比選，方案1為原址拆除重建方案，方案2為在原址向下游移動(dòng)20m方案。兩個(gè)方案都是在河床左側(cè)布置沖沙閘，在河床右側(cè)布置擋水溢流建筑物，在河灘地上采取固灘工程措施。

本工程壩線比選以工程投資較省、施工方便、泄流流態(tài)好為比選原則，經(jīng)過綜合比較，然后選擇壩線，現(xiàn)比較如下：

3.1地形地質(zhì)條件

上下壩線地形地質(zhì)條件相差不大，上壩線固灘工程長(zhǎng)度略長(zhǎng)。

3.2施工條件

上下壩址施工場(chǎng)地均較開闊，利于施工布置，其他施工方面，情況基本相同。

3.3泄流流態(tài)

上壩線位于引渠的頂端，進(jìn)水流態(tài)不夠平順，下壩線位于引渠頂端的下游側(cè)，與引渠形成一個(gè)魚嘴，使泄流流態(tài)趨于平穩(wěn)順暢，對(duì)下游沖刷影響小。

綜合上述各方面條件，上下壩線工程布置上基本一致、地形地質(zhì)、施工條件基本一致，泄流流態(tài)方面下壩線方案優(yōu)于上壩線，水流較平順、對(duì)下游消能防沖有利，且下壩線固灘工程長(zhǎng)度略短，因此，本次設(shè)計(jì)選定下壩線為攔河壩設(shè)計(jì)壩線。

4興隆渠首樞紐總體布置方案比選

在選定的下壩線基礎(chǔ)上，樞紐總體布置需進(jìn)行2個(gè)方案的比選，方案1為閘壩結(jié)合方案，方案2為全閘方案。方案1的泄水建筑物包括溢流壩、泄洪沖沙閘及河灘地，方案2的泄水建筑物包括泄洪閘及河灘地。

方案1：閘壩結(jié)合方案。

閘壩結(jié)合方案是指既有閘也有壩的樞紐布置方案，為增大樞紐的泄流能力，壩型采用實(shí)用堰型式。泄洪沖沙閘寬度根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取河道總過水凈寬度的1/10～1/3，寬度取10m，沖沙閘溢流壩長(zhǎng)40m，其余灘地部分采取固灘工程措施。

方案2：全閘方案。

全閘方案是指沒有壩只有閘的樞紐布置方案。泄洪沖沙閘寬度根據(jù)河床寬度取50m，其余灘地部分采取固灘工程措施。

對(duì)兩個(gè)樞紐總體布置方案進(jìn)行投資比較,詳見表1。

表1　樞紐總體布置方案投資比較表

從表1可以看出閘壩結(jié)合方案比全閘方案節(jié)省投資139萬(wàn)元。而且閘壩結(jié)合方案在天然來(lái)水量不是很大的情況下，可以通過溢流壩泄流，而不需要開啟閘門，管理方便，也減少了閘門的開啟次數(shù)。綜合以上比較，本次設(shè)計(jì)興隆渠首樞紐總體布置選取閘壩結(jié)合方案。

5設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1過流能力計(jì)算

攔河壩、泄洪沖沙閘過流能力計(jì)算公式，采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265—2001)中計(jì)算公式[3]：

(1)

式中：H0為計(jì)入行近流速的堰上水深，m；g為重力加速度，m/s2；m為流量系數(shù)，取0.385；B0為溢流堰凈寬，m；σ為堰流淹沒系數(shù)；ε為堰流側(cè)收縮系數(shù)。

固灘過流能力計(jì)算采用《水力計(jì)算手冊(cè)》推薦公式計(jì)算：

(2)

式中：Q為流量，m3/s；A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；i為河道比降。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2　攔河壩、沖沙閘、固灘過流能力計(jì)算成果表

經(jīng)驗(yàn)算，過流能力滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2消能防沖計(jì)算

采用底流消能，消能防沖計(jì)算如下：

5.2.1消力池深度計(jì)算

計(jì)算公式采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL265—2001)推薦公式計(jì)算[3]。

(3)

式中：d為消力池深度，m；σ0為水躍淹沒系數(shù)，采用1.05；hc″為躍后水深，m；b1為消力池進(jìn)口寬度，m；b2為消力池出口寬度，m；α為水流動(dòng)能校正系數(shù)，采用1.05；q為過閘單寬流量，m2/s；T0為由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能，m；ΔZ為出池落差，m；hs′為出池河床水深，m。

5.2.2消力池長(zhǎng)度計(jì)算

Lsj=Ls+βLj

Lj=6.9(h″c-hc)

(4)

式中：Lsj為消力池長(zhǎng)度，m；Ls為消力池斜坡段水平投影長(zhǎng)度，m；β為水躍長(zhǎng)度校正系數(shù)，采用0.7；Lj為水躍長(zhǎng)度，m。

5.2.3海漫長(zhǎng)度按下式計(jì)算

(5)

式中：Lp為海漫長(zhǎng)度，m；qs為消力池末端單寬流量，m2/s；Ks為海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)資料取12。

消能防沖計(jì)算結(jié)果見表3。

5.3穩(wěn)定計(jì)算

閘室、擋土墻沿基底面抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)及基底應(yīng)力按下列公式計(jì)算：

(6)

計(jì)算成果見表4、5。

表3　渠首樞紐建筑物消能計(jì)算成果表

表4　攔河壩閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

表5　攔河壩擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表5可知，閘室、擋土墻最大基底應(yīng)力不大于地基承載力，大小應(yīng)力比滿足規(guī)范要求；抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范允許值1.2，故閘室、擋土墻穩(wěn)定能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

5.4滲透穩(wěn)定計(jì)算

新建泄洪沖沙閘、溢流堰基礎(chǔ)坐在級(jí)配不良細(xì)礫上，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，允許滲透比降建議值J允取0.20。泄洪沖沙閘、溢流堰底部輪廓總長(zhǎng)為21 m，上下游最大水頭差為1.40 m，經(jīng)計(jì)算水平段滲流坡降值為0.07，小于允許滲透比降值0.2，故滿足滲流穩(wěn)定要求。

6興隆渠首工程布置

攔河壩由進(jìn)口段、低堰閘室段、消力池段及海漫段組成，順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)70m。進(jìn)口段底板頂高程163.00m，長(zhǎng)10.0m，采用0.3m厚雷諾護(hù)墊護(hù)砌，下設(shè)砂礫石20 cm、無(wú)紡布一層。閘室采用低堰型式閘室底板，低實(shí)用堰，堰頂高程164.40 m，長(zhǎng)7.0 m，寬40 m，每10 m設(shè)一伸縮縫。消力池段采用分離式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度14.0m，池深1.0m，底板為1.0m厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左側(cè)與泄洪沖沙閘共用導(dǎo)墻，右側(cè)采用懸臂式擋墻，墻頂高程166.09 m。海漫段長(zhǎng)39 m，采用0.3 m厚雷諾護(hù)墊護(hù)砌，下設(shè)砂礫石20 cm、無(wú)紡布一層；末端設(shè)拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。

泄洪沖沙閘由進(jìn)口段、閘室段、消力池段及海漫段組成，順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)70m。進(jìn)口段底板頂高程163.00m，長(zhǎng)10.0m，采用0.3m厚雷諾護(hù)墊護(hù)砌，下設(shè)砂礫石20cm、無(wú)紡布一層。閘室段為鋼筋混凝土平底板整體式U型槽結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)7.0m，閘底檻高程163.00m，單孔凈寬5m，共2孔，總凈寬10m，中墩厚度1.0m；閘底板厚1.2m，邊墩厚1.0m；閘孔內(nèi)設(shè)一道工作閘門，閘上設(shè)有工作橋、人行橋，人行橋面高程為167.09m，橋?qū)?.0m，工作橋啟閉平臺(tái)高程為170.59m。消力池段采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度14m，深1.0m。海漫段長(zhǎng)39m，采用0.3m厚雷諾護(hù)墊護(hù)砌，下設(shè)砂礫石20cm、無(wú)紡布一層；末端設(shè)拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。

固灘工程采用雷諾護(hù)墊護(hù)砌結(jié)構(gòu)，垂直水流方向長(zhǎng)190m，固灘頂高程164.90m，頂寬3m，上游邊坡1∶3，下游邊坡1∶8，下游15 m范圍內(nèi)采用雷諾護(hù)墊護(hù)底。

參考文獻(xiàn)：

[1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省西泉眼灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實(shí)施方案報(bào)告(2012年度)[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2012.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.GB50288-99灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.

[3]中華人民共和國(guó)水利部.SL265-2001水閘設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.

中圖分類號(hào)：TV641.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]付強(qiáng)(1988-)，男，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師。

[收稿日期]2015-09-21

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0084-03