淺談石頭河?xùn)|干渠見子河渡槽改造工程水力設(shè)計

韓任遠(yuǎn)

摘要：石頭河?xùn)|干渠見子河渡槽改造工程由上、下游連接箱涵及新建見子河渡槽共三部分組成，故存在前后水面銜接的問題。希望通過本文給類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：水力設(shè)計;水頭損失;水面銜接

1工程概況

石頭河水庫灌區(qū)位于關(guān)中西部，西起寶雞縣銅峪溝，東至眉縣青化鄉(xiāng)與周至縣接壤;南依秦嶺，北抵渭河，設(shè)施灌溉面積37萬畝，有效灌溉面積29萬畝。灌區(qū)設(shè)有總干、東干、北干、西干4條干渠，總長58.984km，支渠14條，總長度129.65 km。東干渠位于眉縣境內(nèi)灌區(qū)東部，西起石頭河水庫總干渠分水閘，沿秦嶺北麓710m高程延伸到橫渠武家堡，全長29.73 km，設(shè)施面積26萬畝。沿線設(shè)支渠9條，總長84km。原見子河渡槽位于東干渠第三級渠道樁號20+381.838～20+609.009間，總長227.171m。2012年修建的東干渠第三級渠道原見子河支線渡槽位于見子河渡槽下游23米處，總長288m。

石頭河?xùn)|干渠見子河渡槽改造工程屬于2019年省級水利發(fā)展資金項目。工程完工后，可提高渡槽安全性，減少渡槽滲漏損失，保證渡槽輸水暢通，確保農(nóng)灌及城市供水的水量和水質(zhì)，為區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供強有力的支撐和保障

2工程設(shè)計

見子河渡槽改造工程為新建渡槽，位于原見子河渡槽與支槽中間，由上、下游連接箱涵及新建見子河渡槽共三部分組成。上游連接段箱涵始端與原皮家?guī)X隧洞出口（樁號20+331.633）銜接，下游連接段箱涵與原東干渠三級渠道交于樁號20+655.02處，改造總長度324m，其中上游連接箱涵61.13m，（含漸變段10m），新建見子河渡槽210m，下游連接箱涵52.87m（含漸變段14m）。

渡槽上部型式采用簡支梁式槽身，梁底高于校核洪水位10m以上，縱向比降1/800，全長210m，共布置21跨，每跨10m。槽箱斷面尺寸2.5m×2.0m（寬×高），槽身頂部設(shè)拉桿，拉桿頂部順?biāo)鞣较蜾佋O(shè)C25鋼筋砼預(yù)制蓋板。

渡槽段下部型式采用板墻型式，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)和砼灌注樁型式，邊墩為重力墩。

上下游連接段縱向比降1/800，斷面尺寸2.5m×1.7m（寬×高）。

3水力條件

本次改造工程起點位于皮家?guī)X隧洞出口處（樁號20+331.63），底板高程698.001m，設(shè)計水面高程699.687m，皮家?guī)X隧洞為3R馬蹄型，長度270.85m。改造末點位于東干渠三級渠道Ⅰ型斷面樁號20+655.02處，底板高程697.675m，設(shè)計水面高程699.191m，橫斷面形式為矩形蓋板涵。皮家?guī)X隧洞水力要素見表1，東干渠三級渠道Ⅰ型斷面水力要素見表2。本次改造起末點總水頭0.496m。

4水力設(shè)計

4.1上下游連接箱涵及槽身過流能力計算

縱向設(shè)計僅在改造段起末點設(shè)計漸變段，上游與皮家?guī)X隧洞出口相接，漸變段長10m，下游與東干渠相接于20+655.02處，漸變段長14m，上下游連接箱涵及槽身采用統(tǒng)一的過水?dāng)嗝婕暗灼隆?/p>

上下游連接箱涵初擬斷面凈尺寸2.5m×1.7m（寬×高），底板、頂板與側(cè)墻連接處加貼角，尺寸0.25×0.25m，底坡1/800，糙率為0.014;槽身初擬斷面尺寸2.5m×2.0m（寬×高），底板與側(cè)墻連接處加貼角，尺寸0.25×0.25m，底坡1/800，糙率為0.014，設(shè)計流量4.7m3/s，加大流量6m3/s。

根據(jù)明渠均勻流公式計算上下游連接箱涵及槽身的過流能力：

Q= AC

式中：A―過水?dāng)嗝婷娣e;

C-謝才系數(shù);

R-水力半徑;

i-比降。

從計算結(jié)果可知，上下游連接箱涵及槽身安全超高和凈空高度滿足要求，設(shè)計斷面尺寸合理。

4.2渡槽總損失計算

渡槽總水頭損失采用能量法計算，計算簡圖見圖1：

4.3沿程水面線及各部分底板高程的確定

在計算沿程水面線及各部分底板高程時，因連接箱涵和槽身過水?dāng)嗝嫘螤?、尺寸與底坡相同，計算時歸為整體考慮。改造末點接見子河渡槽出口閘起點樁號20+655.02處，底板高程▽4=697.675m。本次按照設(shè)計工況從下游推求水面至皮家?guī)X隧洞出口處。

改造段末點箱涵底部高程▽2=▽4-h-Z3+h2=698.066m，對應(yīng)水面高程699.136m;

改造段起點箱涵底部高程▽1=▽2+iL=698.441 m，對應(yīng)水面高程699.511m;

改造段起點漸變段始端皮家?guī)X隧洞出口渠底高程▽3=▽ 1-h1-Z1+h=697.991m，對應(yīng)水面高程699.677m;

改造起點原東干渠皮家?guī)X隧洞出口樁號20+331.633處，底板高程698.001m，與從下游推算上來的底板高程基本相同，僅相差10mm，上下游水面可以平順銜接，渡槽進出口設(shè)計合理，按照加大流量進行復(fù)核凈空均滿足規(guī)范要求，具體水面線見圖2。

5結(jié)束

水利工程是國家基礎(chǔ)建設(shè)，又是民生工程，與生態(tài)環(huán)境、國民經(jīng)濟緊密相連。為提高水利工程的安全性、經(jīng)濟性，確保工程輸水通暢，合理利用水資源，水力設(shè)計是重要的的一環(huán)。

參考文獻：

[1]2019年省級水利發(fā)展資金項目《石頭河?xùn)|干渠見子河渡槽改造工程》