塔哈綜合產(chǎn)業(yè)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施配套工程沖刷分析

陳大為

(黑龍江省中部引嫩工程和江東灌澇區(qū)管護(hù)中心，齊齊哈爾 161006)

1 工程概況

富裕塔哈綜合產(chǎn)業(yè)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施配套工程主要包括引水工程和退水工程兩條輸水線路。引水工程輸水線路全線采用雙管布置，線路總長(zhǎng)9.162km；其中取水頭部及泵站位于嫩江河道，嫩江取水泵站-園區(qū)水廠段輸水管線埋于地下，采用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯管(SRTP)，管徑DN710其中嫩江河道內(nèi)泵站及管道總長(zhǎng)4.1km，加壓輸水，穿越齊富堤防后輸水至工業(yè)園區(qū)。退水工程輸水線路總長(zhǎng)50.612km，全線采用地下埋管方式，管材采用鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯管(SRTP)，管徑DN560，全線采用雙管布置。退水工程輸水線路穿越齊富堤防以及訥富堤防。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪法》第二十七條：“建設(shè)穿河、穿堤的取水、排水等工程設(shè)施，應(yīng)當(dāng)符合防洪標(biāo)準(zhǔn)、岸線規(guī)劃、航運(yùn)要求和其他技術(shù)要求，不得危害堤防安全，影響河勢(shì)穩(wěn)定、妨礙行洪暢通” 。按照《河道管理?xiàng)l例》和《洪水影響評(píng)價(jià)報(bào)告編制導(dǎo)則》的要求，應(yīng)對(duì)本工程河道內(nèi)修建的建筑物建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行河道沖刷影響作出分析與評(píng)價(jià)。

該項(xiàng)目在河道范圍內(nèi)修建的建筑物主要有取水工程的取水頭部、取水泵站和輸水管線。其中取水頭部位于河道主槽內(nèi)，取水泵站坐落于河道灘地上，輸水管線埋于地下。取水頭部底板頂高程138.57m，取水井頂高程152.60m，100a一遇設(shè)計(jì)洪水位151.65m，現(xiàn)狀河床高程142.80-143.00m；取水泵站設(shè)計(jì)流量1.16m3/s，該處地面高程為149.50m，前池底板頂高程為140.20m，建基高程139.20m；輸水管線長(zhǎng)4.1km，管線覆土深度2.31-7.24m.

2 沖刷分析計(jì)算

取水建筑物、取水泵站位于河道內(nèi)，工程建成后建筑物處局部水面比降和流速加大，導(dǎo)致河道及灘地產(chǎn)生一般性沖刷；同時(shí)在構(gòu)筑物附近形成復(fù)雜的水流結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致構(gòu)筑物周圍的河床出現(xiàn)局部沖刷。由于輸水管線埋于地下，輸水管線部分僅有一般沖刷。洪水沖刷過(guò)程中，上述沖刷是交織在一起的。為了便于分析和計(jì)算，假定局部沖刷是在一般沖刷完成后的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，沖刷深度為這兩種沖刷深度的疊加[1]。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料分析土壤類別為非黏性土，據(jù)此采用《公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG C30-2015)中提供的非黏性土河床沖刷公式。

2.1 一般沖刷

1)河槽部分：

(1)

式中：hp為橋下一般沖刷后的最大水深，m；Qp為頻率為P%的設(shè)計(jì)流量，m3/s；Q2為橋下河槽部分通過(guò)的設(shè)計(jì)流量，m3/s，當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用Qp；Qc為天然狀態(tài)下河槽部分設(shè)計(jì)流量，m3/s；Qt1為天然狀態(tài)下橋下河灘部分設(shè)計(jì)流量，m3/s；Bc為天然狀態(tài)下的河槽寬度，m；Bcg為橋長(zhǎng)范圍內(nèi)的河槽寬度，m，當(dāng)河槽能擴(kuò)寬至全橋時(shí)取用橋孔總長(zhǎng)度；Bz為造床流量下的河槽寬度，m，對(duì)復(fù)式河床可取平灘水位時(shí)河槽寬度；λ為設(shè)計(jì)水位下，在Bcg寬度范圍內(nèi)，橋墩阻水總面積與過(guò)水面積的比值；μ為橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)；hcm為河槽最大水深，m；Ad為單寬流量集中系數(shù)，山前變遷、游蕩、寬灘河段當(dāng)Ad>1.8時(shí)，Ad值可采用1.8；Hz為造床流量下的河槽平均水深，m，對(duì)復(fù)式河床可取平灘水位時(shí)河槽平均水深。

2)灘地部分：

(2)

式中：Q1為橋下河灘部分通過(guò)的設(shè)計(jì)流量，m3/s；htm為橋下河灘最大水深，m；Htq為橋下河灘平均水深，m；Btj為河灘部分橋孔凈長(zhǎng)，m；VH1為河灘水深1m時(shí)非黏性土不沖刷流速，m/s。

表1 取水建筑物位置一般沖刷計(jì)算

表2 取水泵站位置一般沖刷計(jì)算

2.2 局部沖刷

采用簡(jiǎn)化式：

當(dāng)v≤v0，

(3)

當(dāng)v>>v0，

(4)

式中：hb為橋墩局部沖刷深度，m；Kξ為墩形系數(shù)；B1為橋墩計(jì)算寬度，m；hp為一般沖刷后的最大水深，m；d為河床泥沙平均粒徑，mm；Kη1為河床顆粒影響系數(shù)；V為一般沖刷后墩前行近流速，m/s；V0為河床泥沙啟動(dòng)流速，m/s；V0′為墩前泥沙起沖流速，m/s；n1為指數(shù)。

該項(xiàng)目取水建筑物建成后，由于水位、流速的變化，在取水頭部附近有一般沖刷和局部沖刷，根據(jù)分析計(jì)算，50a一遇洪水時(shí)，取水建筑物附近一般沖刷深度為1.691m，局部沖刷深度為1.825m，總沖刷深度3.516m；100a一遇洪水時(shí)，取水建筑物附近一般沖刷深度為1.778m，局部沖刷深度為2.326m，總沖刷深度4.105m。取水建筑物底板頂高程為139.67m，河道地面高程143m，埋深4.33m滿足根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)的沖刷深度數(shù)值，工程安全，同時(shí)在取水建筑物周邊20m鋪設(shè)0.5m厚的格賓石籠，進(jìn)一步保證了取水建筑物的安全。取水建筑物局部沖刷及總沖刷計(jì)算成果見(jiàn)表3[2]。

根據(jù)分析計(jì)算，50a一遇洪水時(shí)，取水泵站附近一般沖刷深度為0.567m，局部沖刷深度為1.489m，總沖刷深度2.056m；100a一遇洪水時(shí)，取水建筑物附近一般沖刷深度為1.375m，局部沖刷深度為1.865m，總沖刷深度3.241m。取水泵站底板頂高程為140.20m，河道地面高程149.5m，泵站埋深9.3m，可以保證泵站的安全。取水泵站局部沖刷及總沖刷計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表3 取水建筑物位置局部深度及總沖刷深度計(jì)算

表4 取水泵站位置局部深度及總沖刷深度計(jì)算

3 結(jié) 論

在河道內(nèi)建設(shè)工程直接對(duì)水流形成阻礙，改變了水流條件，縮窄了水流斷面面積，從而增大了水的流速，很容易對(duì)工程形成沖刷，因此為了建設(shè)項(xiàng)目的工程安全，有必要通過(guò)沖刷計(jì)算來(lái)確定工程措施的具體內(nèi)容。該工程在河道內(nèi)建設(shè)的取水建筑物、取水泵站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)要求。該項(xiàng)目的沖刷計(jì)算過(guò)程及對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)下的沖刷結(jié)果的分析，可以為今后河道內(nèi)建設(shè)的其它工程安全分析方面提供參考。