鄂北水資源配置工程2016年11標(biāo)總體布置

余新啟 左文濤 于 茂 溫貴明

1 工程概況

鄂北水資源配置工程是在不影響南水北調(diào)中線工程調(diào)水規(guī)模和過程的前提下，通過工程措施將南水北調(diào)中線工程規(guī)劃中分配給湖北省的水量引調(diào)到唐西、唐東區(qū)和隨州府澴河北區(qū)和大悟縣，解決鄂北地區(qū)水資源短缺問題，滿足鄂北受水區(qū)生活、生產(chǎn)以及生態(tài)用水需求，促進(jìn)鄂北地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程。

工程是以丹江口水庫為水源，利用已建的湖北省引丹灌區(qū)清泉溝隧洞進(jìn)水閘為取水口，向鄂北地區(qū)供水。受水區(qū)規(guī)劃水平年受益總?cè)丝?77.38萬人，有效灌溉面積21.6萬hm2（324.1萬畝），多年平均引水量7.7億m3。線路總長(zhǎng)度269.67km，輸水干渠設(shè)計(jì)流量38.0～1.8m3/s，全線自流。工程主要建筑物由取水建筑物、明渠、暗涵、隧洞、倒虹吸、渡槽和節(jié)制閘、分水閘、檢修閘、退水閘、放空閘閥、排洪建筑及王家沖水庫擴(kuò)建等組成，工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型。

2016年11標(biāo)是鄂北水資源配置工程中的一段關(guān)鍵性工程，位于廣水市，設(shè)計(jì)輸水流量7.4m3/s，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，次要建筑物級(jí)別為4級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇。標(biāo)段線路長(zhǎng)度16.705km（樁號(hào)217+150—233+855），建筑物總長(zhǎng)19.075km，包括明渠0.705km、隧洞16.30km（含分水支洞2.37km）、暗涵0.99km、渡槽0.73km、倒虹吸0.35km、各類水閘5座（含倒虹吸出口節(jié)制閘）以及排洪建筑物、水系恢復(fù)等工程。

2 總體布置

2.1 總體布置原則

本工程主要有明渠、隧洞、暗涵、渡槽、倒虹吸、控制性建筑物等組成。各建筑物布置的原則如下：

（1）對(duì)于高山、崗地地形，為了環(huán)境保護(hù)和減少征地拆遷，首先考慮布置隧洞，隧洞埋深不小于1倍洞徑。隧洞布置采用“早進(jìn)洞，晚出洞”的原則。

（2）為節(jié)約占地、保護(hù)水質(zhì)、利于管理，對(duì)于不能采用隧洞同時(shí)滿足過流要求的線路盡量采用暗涵；明渠挖深一般小于10.0m，以挖方和半挖半填為主。明渠流速不宜低于0.4m/s。

（3）與既有設(shè)施交叉時(shí)一般選擇立體交叉。

2.2 水頭分配

水頭分配的原則：以標(biāo)段進(jìn)出口水位不變?yōu)榛驹瓌t，將總水頭分配到各建筑物上。考慮的主要因素包括總干渠沿線地面高程、建筑物型式、建筑物長(zhǎng)度以及建筑物規(guī)模對(duì)水頭增減的敏感性等，目標(biāo)是將水頭盡可能分配給單位長(zhǎng)度投資較大的建筑物，節(jié)省工程總投資。

水頭分配的基本方法：根據(jù)標(biāo)段進(jìn)出口設(shè)計(jì)水位確定總水頭，按照地形地質(zhì)等邊界條件對(duì)建筑物進(jìn)行分類分段，通過分析計(jì)算，分配出各建筑物的總水頭。

線路總長(zhǎng)16.705km（樁號(hào) 217+150—233+855），起點(diǎn)水位106.84m，終點(diǎn)水位104.81m，可分配水頭2.03m。線路需要分配水頭的建筑物包括干渠和各類建筑物。分配給渠道、隧洞、渡槽的水頭主要用于沿程損失，以縱坡的形式體現(xiàn)。分配給倒虹吸、單獨(dú)設(shè)置的節(jié)制閘、檢修閘等建筑物的水頭用于局部損失和沿程損失，以建筑物進(jìn)出口水位差的形式體現(xiàn)。

根據(jù)各建筑物分配的水頭，初步擬定各建筑物設(shè)計(jì)縱坡范圍。

（1）明渠：矩形明渠1∶9600，梯形明渠1∶25000。

（2）隧洞：1∶9600。

（3）暗涵：1∶9600。

（4）水閘：擬定水閘平均水損為4cm。

本階段根據(jù)前期水頭分配成果，結(jié)合本階段線路局部?jī)?yōu)化調(diào)整及建筑物設(shè)計(jì)工作的深入，重新進(jìn)行了水頭分配復(fù)核，復(fù)核結(jié)果反映見表1。

表1 主要建筑物水頭分配表

2.3 工程總體布置

本標(biāo)段干渠起點(diǎn)為張家橋明渠，對(duì)應(yīng)樁號(hào)217+150，設(shè)計(jì)水位106.84，底板高程104.15m；終點(diǎn)為河口灣明渠，對(duì)應(yīng)樁號(hào)233+855，設(shè)計(jì)水位104.81m，底板高程102.09m。干渠設(shè)計(jì)流量為7.4m3/s，除余店河倒虹吸外均為無壓自流。四家門樓分水支洞設(shè)計(jì)流量為0.5m3/s，為有壓自流。

總干渠從張家橋明渠經(jīng)葉家灣隧洞、葉家灣暗涵、余店（團(tuán)結(jié)村）隧洞、余店（團(tuán)結(jié)村）暗涵、余店河（張家灣）隧洞、余店河（張家灣）明渠等建筑物到達(dá)余店河。以倒虹吸形式下穿余店河后，接余店河（朝陽村）明渠和鳳凰寨隧洞，隧洞線路先向南偏轉(zhuǎn)前行9.37km至鳳凰寨隧洞末端，后繼續(xù)以回龍寺暗涵、回龍寺隧洞、雙河村明渠、雙河村暗涵、南沖灣隧洞、南沖灣暗涵、柴禾山隧洞、龍泉河明渠等建筑物到達(dá)龍泉河右岸，在樁號(hào)232+770以長(zhǎng)0.73km的渡槽跨過龍泉河。過龍泉河后線路向南偏轉(zhuǎn)經(jīng)河口灣隧洞到干渠終點(diǎn)：河口灣明渠。

在總干渠樁號(hào)22+800設(shè)支洞向四家門樓水庫分水，分水流量0.5m3/s。

本標(biāo)段鄂北總干渠16.705km，建筑物總長(zhǎng)19.075km，包括6段明渠0.705km、8條隧洞16.30 km（含分水支洞2.37km）、5段暗涵0.99km、1個(gè)渡槽0.73km、1座倒虹吸0.35km、各類水閘5座（含倒虹吸出口節(jié)制閘）以及排洪建筑物、水系恢復(fù)等建筑物。

3 主要建筑物

3.1 明渠

明渠共6段0.705km，分別為張家橋明渠、余店河（張家灣）明渠、余店河（朝陽村）明渠、雙河村明渠、龍泉河明渠、河口灣明渠（樁號(hào)233+730—233+855），設(shè)計(jì)流量7.4m3/s，均為無壓流，其中雙河村明渠和河口灣明渠斷面形式為梯形，底寬3.5m，石渠邊坡1∶0.75，土渠邊坡1∶2.0，縱坡1∶25000；其它4段明渠斷面形式為U形，縱坡1∶9600，底寬3.8m。明渠典型斷面如圖1、2所示。

圖1 梯形斷面

圖2 U形斷面

3.2 隧洞

隧洞共9條16.30km（含分水支洞2.37km），分別為葉家灣隧洞、余店（團(tuán)結(jié)村）隧洞、余店河（張家灣）隧洞、鳳凰寨隧洞、回龍寺隧洞、南沖灣隧洞、柴禾山隧洞、河口灣隧洞以及四家門樓分水支洞。其中葉家灣隧洞、回龍寺隧洞和河口灣隧洞為馬蹄形，凈尺寸為3.9m×3.9m，無壓自流輸水，設(shè)計(jì)流量7.4m3/s，縱坡1/9600；余店（團(tuán)結(jié)村）隧洞、余店河（張家灣）隧洞、鳳凰寨隧洞、南沖灣隧洞、柴禾山隧洞為城門洞形，凈尺寸為3.5m×4.14m，無壓自流輸水，設(shè)計(jì)流量7.4m3/s，縱坡1/9600。

四家門樓分水支洞向四家門樓水庫分水，斷面為城門洞形，凈尺寸為1.5m×1.8m，直墻高1.05m，頂拱為半徑0.75m、角度180°的圓弧。有壓自流輸水，設(shè)計(jì)流量0.5m3/s，出口設(shè)四家門樓分水閘。隧洞典型斷面如圖3、4所示。

圖3 馬梯形斷面（單位：cm）

圖4 城門洞形斷面（單位：cm）

3.3 暗涵

暗涵共5段0.99km，分別為葉家灣暗涵、余店（團(tuán)結(jié)村）暗涵、回龍寺暗涵、雙河村暗涵和南沖灣暗涵。斷面均為矩形箱涵型式，無壓自流輸水，設(shè)計(jì)流量7.4m3/s，縱坡1/9600。采用單孔，孔寬3.8m，箱涵凈高3.4m。暗涵的襯砌厚度隨水文、地形、地質(zhì)條件在0.6～1.2m，暗涵典型斷面見圖5。

圖5 暗涵典型斷面（單位：cm）

3.4 龍泉河渡槽

龍泉河渡槽所處微地貌單元為壟崗、河谷平原地形，主干渠在樁號(hào)233+050—233+125和233+42—233+424處分別跨越龍泉河和龍泉河支流河道，河床地形較平坦。渡槽跨越農(nóng)田、村村通公路和房屋。龍泉河渡槽樁號(hào)232+770—233+500，渡槽總長(zhǎng)0.730km，進(jìn)口與龍泉河明渠相接，出口與河口灣隧洞相接，采用單孔梁式常態(tài)結(jié)構(gòu)矩形槽，槽身凈尺寸3.3m×2.65m（寬×高），設(shè)計(jì)流量7.4m3/s，設(shè)計(jì)水深2.10m，底板高程102.85～102.65m，槽身跨度15.0m。槽身支撐結(jié)構(gòu)為排架接混凝土灌注樁及排架接擴(kuò)大基礎(chǔ)形式。渡槽槽身型斷面如圖6所示。

3.5 余店河倒虹吸

圖6 渡槽典型斷面

余店河倒虹吸系鄂北調(diào)水干渠與余店河交叉需要而設(shè)置，設(shè)計(jì)流量7.4m3/s。起點(diǎn)樁號(hào)218+870，終點(diǎn)樁號(hào)219+220，上接余店河（張家灣）明渠，下接余店河（朝陽村）明渠，全長(zhǎng)350m。平面上直線布置，與余店河垂直交叉，主要分為進(jìn)口段、管道段和出口段3個(gè)部分。

進(jìn)口段包括進(jìn)口連接段和豎井段，連接段設(shè)攔污柵，進(jìn)口段長(zhǎng)。管道段包括2.5m×3.0m單孔矩形鋼筋混凝土箱涵，管道段長(zhǎng)307.5m。出口段包括出口閘，消力池和出口漸變段。

3.6 分水（退水）閘、節(jié)制閘

分水閘布置兩處，分別是余店分水閘和四家門樓分水閘；退水閘也布置兩處，分別是余店退水閘和龍泉河退水閘，其中余店分水閘和余店退水閘因位置相同且規(guī)模不大而合并布置。

余店分水（退水）閘前干渠為張家橋矩形明渠，渠底高程104.15m，干渠設(shè)計(jì)水位106.84m。分水閘軸線與干渠垂直布置，采用開敞式結(jié)構(gòu)，由進(jìn)口段、閘室、消力池、海漫段及分水渠組成，總長(zhǎng)約167.6m，分水口設(shè)計(jì)流量5m3/s。余店分水（退水）閘分水最終流入張家橋河。

四家門樓分水口設(shè)計(jì)流量0.5m3/s，經(jīng)四家門樓分水支洞引水入四家門樓水庫，然后經(jīng)由四家門樓水庫向關(guān)廟鎮(zhèn)補(bǔ)充城鎮(zhèn)生活工業(yè)供水。四家門樓分水支洞后接四家門樓分水閘及分水渠，總長(zhǎng)54.4m。其中四家門樓分水支洞出水池段長(zhǎng)7.6m，四家門樓分水閘閘室段長(zhǎng)6.0m，四家門樓分水閘消力池段長(zhǎng)8.0m。引水渠段長(zhǎng)27.8m，四家門樓水庫疏浚段5.0m。

龍泉河退水閘前干渠為龍泉河明渠，底板高程102.32m，設(shè)計(jì)水位105.08m。退水閘軸線與干渠垂直布置，采用開敞式結(jié)構(gòu)，由進(jìn)口段、閘室、消力池、海漫及退水渠、陡槽段組成，總長(zhǎng)約127m，退水口設(shè)計(jì)流量3.7m3/s。

為便于運(yùn)行管理，在龍泉河明渠上設(shè)置四家門樓節(jié)制閘。通過控制閘門開度，在不同流量均能控制閘前四家門樓分水口干渠水位，同時(shí)兼顧干渠其后的龍泉河渡槽等的檢修，閘室位于樁號(hào)232+740—232+750處，過閘設(shè)計(jì)流量7.4m3/s。

3.7 排洪建筑物

張家橋明渠段地面高程在108～115m，原排水方向?yàn)閺臇|北向西南排向張家橋河，地面高程高于鄂北總干渠，為挖方渠道。該段坡面匯流流量為2.41m3/s，采取沿鄂北總干渠左岸設(shè)排洪渠，向西排至張家橋河，防止洪水入鄂北總干渠。該段排洪渠邊坡1∶1，渠底寬1.0m，縱坡1∶500，為混凝土襯砌排洪渠。

河口灣明渠地面高程106～108m，原地面排水方向?yàn)樽晕飨驏|排向下游進(jìn)入龍泉河，為挖方渠道，該段坡面匯流流量為0.33m3/s，采取沿鄂北總干渠設(shè)截水溝，自流排至龍泉河，基本不壅高水位。

雙河村明渠地面高程在100～102m，原排水方向?yàn)閺奈飨驏|排向龍泉河，地面高程低于鄂北總干渠，為填方渠道，該段坡面匯流流量為10m3/s，采取穿鄂北總干渠建雙河村排洪涵洞，恢復(fù)原有排水系統(tǒng)。雙河村排洪涵洞全長(zhǎng)96m，由進(jìn)水口、矩形箱涵、出口消力池、下游護(hù)坦組成。

4 結(jié)語

在保證輸水線路不變，進(jìn)出口水位，輸水流量，退、分水等功能不變的條件下，對(duì)工程總體布置進(jìn)行優(yōu)化，不僅減少了施工難度，而且節(jié)省投資。目前，工程正在按照設(shè)計(jì)進(jìn)行有序施工，已經(jīng)或正在印證設(shè)計(jì)的合理性。