玉溪河灌區(qū)建山渡槽增大流量技術(shù)探討

袁松濤

(四川省玉溪河灌區(qū)管理局，四川 邛崍，611530)

水力計算

玉溪河灌區(qū)建山渡槽增大流量技術(shù)探討

袁松濤

(四川省玉溪河灌區(qū)管理局，四川 邛崍，611530)

本文分析了建山渡槽未達(dá)設(shè)計流量的原因，提出技術(shù)改造方法，即加大上下游水位差，將位能轉(zhuǎn)化為動能，加大流速，加大水面比降，以達(dá)到增大過水流量的目的。

建山渡槽 增大流量 技術(shù)方案 玉溪河灌區(qū)

1 建山渡槽基本情況

建山渡槽位于玉溪河引水主干渠的“咽喉”部位，直接控制灌區(qū)灌溉和經(jīng)濟(jì)效益。渡槽起止樁號為35+234m～35+533m，全長299m，設(shè)計流量為20m3/s，分為U形和矩形渡槽。主體結(jié)構(gòu)槽身為6跨雙懸臂加拉梁U形槽殼，長度為192m，每跨長度為32m；槽身設(shè)計尺寸寬為3.60m，高為2.40m，內(nèi)半徑1.8m，比降1/800，糙率為0.012。U形渡槽進(jìn)出口為矩形渡槽，進(jìn)口段長82m，出口段長25m，設(shè)計尺寸寬為3.60m，高為2.60m，比降1/800，襯砌材料為漿砌條石，糙率為0.013。U形渠槽下部結(jié)構(gòu)為A形斜柱雙排架，最高27.7m，矩形渠槽為重力墩，基礎(chǔ)為混凝土承臺，置于基巖上。地質(zhì)條件為厚4m～7m粘土夾塊石，基巖為粉砂質(zhì)泥巖。

建山渡槽上游渠道為矩形斷面，斷面尺寸寬為3.90m，高為2.60m，渠道底坡為1/260，襯砌材料為漿砌條石，糙率約為0.013，設(shè)計水深為1.30m。下游渠道為梯形斷面，斷面尺寸寬為3.60m，高為3.50m，邊坡系數(shù)為1∶1，渠道底坡為1/2500，襯砌材料為漿砌卵石砂漿抹面，糙率約為0.020，設(shè)計水深為2.60m。

2 建山渡槽存在的問題

建山渡槽設(shè)計流量為20m3/s，建成后實際流量為16.5m3/s。后經(jīng)多次技術(shù)改造，改造后實際流量為17.5m3/s。主要改造措施為：

2.1 抹面減糙

原槽身為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，表面較粗糙，經(jīng)過掛網(wǎng)砂漿抹面，糙率由原來的0.015減小為0.012，現(xiàn)糙率已滿足設(shè)計要求。

2.2 加長U形槽身

將原來的進(jìn)出口矩形槽身改為U形槽身，進(jìn)口加長35m，出口加長25m，現(xiàn)實際U形槽身長度為252m。

2.3 改造出口漸變段

渡槽出口原始漸變段為U形斷面直接過渡為梯形斷面，長度不足，底坡不規(guī)則，且出口剛好位于下游渠道彎道處。后經(jīng)改造，將漸變段加長為25m，增加矩形連接段，由U形斷面漸變過渡為矩形后，再過渡為梯形斷面。

3 建山渡槽過流不足的原因

3.1 槽身斷面積偏小

建山渡槽U形設(shè)計斷面尺寸為寬為3.60m，高為2.40m，內(nèi)半徑1.8m，設(shè)計水深為2.30m，過水?dāng)嗝娣e為6.81m2?，F(xiàn)實際寬為3.45m，高為2.30m，內(nèi)半徑1.7m，正常水深為2.20m，過水?dāng)嗝娣e為6.31m2，減小0.5m2，按流速3m/s計算，減小流量1.5m3/s。

3.2 槽身底坡偏小

渡槽U形斷面設(shè)計底坡為1/800。經(jīng)實測，其中主體U形槽身第1跨為1/860，第2跨為1/1280，第3跨為1/2900，第4跨為1/1500，第5跨為1/600，第6跨為1/650，進(jìn)出口總高差為0.20m，實際底坡平均為1/960，遠(yuǎn)小于設(shè)計底坡，對應(yīng)水面比降偏小，且不均勻。

3.3 渡槽預(yù)留水頭損失不足

經(jīng)實測，U形渡槽進(jìn)口段上游矩形渠槽底坡為1/800，根據(jù)設(shè)計水力要素表，上游渠道正常水深為1.95m，流速為2.67m/s，渡槽設(shè)計水深為2.30m，設(shè)計流速為3m/s。

如圖1，在渡槽進(jìn)口U形斷面1-1和矩形斷面2-2間，能量守恒定律為：上游總水頭=下游總水頭，即：

(1)

式中：h1為上游水深；v1為上游流速；p1為上游水面壓強(qiáng)，等于大氣壓p；h2為渡槽水深；v2為渡槽流速；p2為渡槽水面壓強(qiáng)，等于大氣壓p；Δh為渡槽進(jìn)口漸變段底板高差；hj為漸變段水頭損失；a為能量修正系數(shù)；γ為水的密度。

由圖1可知，進(jìn)口水頭損失(水面降落)值z1=h1-Δh-h2，代入公式(1)得：

進(jìn)口水頭損失(水面降落)值為z1=0.10m，渡槽進(jìn)口底板高程設(shè)計高差值Δh=h1-h2-z1=1.95-2.30-0.10=-0.45m，U形渡槽進(jìn)口底板高程應(yīng)降低0.45m，但實際U形渡槽進(jìn)口和矩形渡槽底扳高差僅為0.10m。目前，上游100m處設(shè)計水深為1.30m，實際水深為1.70m，證明渡槽進(jìn)口壅水嚴(yán)重。

圖1 建山渡槽改造示意

4 建山渡槽建議改造方案

水力坡度I=hw/L，hw為總水頭損失，L為渡槽長度。

均勻流時：水力坡度I=水面坡度=渠底坡度i。

目前，由于槽身已無法改變，斷面積A已無法增加，水力半徑R也無法增大，槽身糙率n已不能減小，相應(yīng)謝才系數(shù)c也無法增大，槽身底坡i也無法改變。因此，可考慮加增大渡槽進(jìn)出口水位差的改造方案，將位能轉(zhuǎn)化為動能，增大渡槽水體流速，增大渡槽水面比降，增大過流量。因渡槽出口段水面比降已滿足要求，重點抬高上游渠道水位。

改造方案設(shè)計如下：

4.1 渡槽流量、水深、流速初步確定

渡槽設(shè)計流量為20m3/s?？紤]不利因素，以渡槽U形段進(jìn)口段拉桿底為控制水面，將U形渡槽設(shè)計水深調(diào)整為2.10m。根據(jù)渡槽水力要素表，流速v2應(yīng)達(dá)到3.46m/s，水面比降為1/550。

表1 建山渡槽設(shè)計水力要素計算成果

4.2 渡槽進(jìn)口漸變段水面高差和底板高差確定

渡槽水面比降為1/550，渡槽U形段進(jìn)出口水面總高差應(yīng)為0.40m，對應(yīng)渡槽底板進(jìn)出口高差應(yīng)為0.40m，原有渡槽底板進(jìn)出口高差為0.20m，渡槽進(jìn)口底板高程應(yīng)在原有基礎(chǔ)抬高0.20m。

U形渡槽進(jìn)口漸變段底板總抬高為0.33m+0.20m=0.53m

4.3 上游矩形渠槽底坡調(diào)整

整治上游渠道160m，將上游矩形渠槽底坡由1/260調(diào)整為1/1000，可增加高差0.55m，滿足要求。

4.4U形渡槽段進(jìn)口漸變段改造

改造長度15m，扭曲面式，由矩形斷面漸變?yōu)閁形斷面，保證水流平穩(wěn)過渡。

通過上述改造方案的實施，建山渡槽水體流速增加，渡槽水面比降增大，達(dá)到了增大過流量的目的。

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2095-1809(2017)01-0076-02