滁河三級(jí)干渠與白河交匯處通水建筑物型式選擇與布置

劉國(guó)玉

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230022）

1 工程概況

駟馬山滁河三級(jí)干渠是駟馬山灌區(qū)骨干工程續(xù)建的一部分，為滁河三級(jí)站與滁河四級(jí)站之間的連通渠道，全長(zhǎng)8.84km。20 世紀(jì)70年代駟馬山灌區(qū)建設(shè)完成了三級(jí)干渠樁號(hào)0+000～5+000 段，2017年6月，剩余3.84km 干渠啟動(dòng)建設(shè)。根據(jù)干渠總體布置，三級(jí)干渠渠道于樁號(hào)6+532 處橫穿現(xiàn)有天然河道—白河。白河位于紅橋水庫(kù)下游，主要功能為汛期下泄水庫(kù)洪水、灌溉期引水庫(kù)水進(jìn)行農(nóng)田灌溉。為保證三級(jí)干渠正常輸水和白河順暢下泄洪水，必須在三級(jí)干渠與白河交叉處增建建筑物，協(xié)調(diào)渠道與河道的水流。

2 規(guī)劃設(shè)計(jì)條件

2.1 工程等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)

滁河三級(jí)干渠灌溉流量為105～71.4m3/s，干渠建筑物級(jí)別為2 級(jí)，相應(yīng)渠系建筑物級(jí)別定為2 級(jí)，渠系建筑物設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇。

2.2 設(shè)計(jì)水位及流量

滁河三級(jí)干渠主要功能為灌溉輸水，其與白河交叉處（樁號(hào)6+532）設(shè)計(jì)輸水流量71.4m3/s，設(shè)計(jì)輸水水位31.8m，洪水水位32.3m。相應(yīng)位置白河設(shè)計(jì)洪水流量255m3/s，洪水水位32.0m。

3 工程地質(zhì)

工程區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，相應(yīng)地震基本烈度為VII 度。工程區(qū)地面以下25.00m 勘探深度范圍內(nèi)，地下水類型為孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。

孔隙潛水主要賦存于①層重粉質(zhì)壤土、②1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土、③層重粉質(zhì)壤土及④層礫質(zhì)粉質(zhì)粘土中；孔隙承壓水主要賦存于相對(duì)隔水層下部⑤層砂卵石中。因其上部有一定厚度的相對(duì)不透水層的覆蓋，從而形成一定的承壓性，含水層厚度差異較大，該含水層頂板起伏較大。

4 三級(jí)干渠穿越白河方式選擇

對(duì)于存在交叉的渠（河）道，其中一個(gè)方向的水流通道可以通過(guò)渡槽或倒虹吸涵洞跨（穿）越另一方向渠（河）道，在相互水流無(wú)干擾情況下通過(guò)；或在其中一條渠（河）道兩側(cè)設(shè)置控制性水閘，協(xié)調(diào)存在交匯的渠（河）道流量與水位，采用先匯合、后分離的方式使得兩股水流得以順利通過(guò)。不同的建設(shè)方案均有各自優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件。

三級(jí)干渠渠道與白河交叉于三級(jí)干渠樁號(hào)6+532 處，該處三級(jí)干渠設(shè)計(jì)渠底高程為27.80m，白河河底現(xiàn)狀高程為28.00m 左右，由于渠道和河道底高程相差不大，因此該交叉處不宜布置渡槽。

為有效協(xié)調(diào)三級(jí)干渠與白河的交叉處的水流關(guān)系，根據(jù)交叉處的實(shí)際地形情況，擬定連接三級(jí)干渠倒虹吸涵洞、連接白河倒虹吸涵洞和三級(jí)干渠渠道兩側(cè)進(jìn)、泄洪閘三種布置方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

4.1 三種方案

方案一：連接三級(jí)干渠倒虹吸涵洞方案。該方案通過(guò)在三級(jí)干渠渠道上新建穿越白河河底的倒虹吸涵洞，從而使三級(jí)干渠流量通過(guò)倒虹吸涵洞方式穿越白河，降低三級(jí)干渠建設(shè)對(duì)白河水流造成影響。根據(jù)規(guī)劃條件，該處倒虹吸涵洞設(shè)計(jì)流量71.4m3/s，涵洞洞身斷面尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數(shù)），洞身順?biāo)鞣较蛲队伴L(zhǎng)度88.0m。為保證三級(jí)干渠堤頂交通道路暢通，增設(shè)跨白河交通橋一座，交通橋采用4 跨布置，單跨長(zhǎng)16.0m，橋梁總長(zhǎng)64.0m，橋梁凈寬4.5m。

方案二：連接白河倒虹吸涵洞方案。該方案通過(guò)在白河河道上新建穿越三級(jí)干渠渠底的倒虹吸涵洞，使白河水流通過(guò)倒虹吸方式穿越三級(jí)干渠，減小白河對(duì)干渠水流的影響。根據(jù)規(guī)劃條件，該處倒虹吸涵洞設(shè)計(jì)流量255.0m3/s，涵洞洞身斷面尺寸為5.0m×4.5m×8 孔（寬×高×孔數(shù)），洞身順?biāo)鞣较蛲队伴L(zhǎng)度72.0m。

方案三：進(jìn)、泄洪閘方案。該方案在三級(jí)干渠與白河交叉處的右側(cè)堤防上新建白河壩進(jìn)洪閘，在左側(cè)堤防上新建白河壩泄洪閘。根據(jù)規(guī)劃條件，白河壩進(jìn)洪閘設(shè)計(jì)流量255.0m3/s，水閘單孔寬度為7.0m，共5 孔，閘室垂直水流向總寬度41.0m，順?biāo)飨驅(qū)挾?2.0m；白河壩泄洪閘設(shè)計(jì)流量315.0m3/s，水閘單孔寬度為7.0m，共6 孔，閘室垂直水流向總寬度41.0m，順?biāo)飨驅(qū)挾?2.0m。

4.2 方案比較

三種方案經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，三種方案工程可比造價(jià)相差不大，方案二最大、方案一最小。三種建設(shè)方案均能解決三級(jí)干渠與白河河道交叉存在的水流問(wèn)題，但均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表2。

表1 三種建設(shè)方案可比造價(jià)對(duì)比表

表2 三種建設(shè)方案特性及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

4.3 方案選取

三種布置方案各自優(yōu)點(diǎn)突出，同時(shí)缺點(diǎn)也很明顯。倒虹吸方案無(wú)需閘門控制，后期運(yùn)行管理方便、維護(hù)費(fèi)用低；但由于倒虹吸涵洞孔口尺寸有限，應(yīng)對(duì)河道超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，調(diào)節(jié)能力有限，且三級(jí)干渠與白河交叉處渠底與河底高程相差不大，造成倒虹吸施工基坑開(kāi)挖深度深，增加了施工難度和工程投資。水閘方案（開(kāi)敞式水閘）可在一定程度上調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)河道超標(biāo)準(zhǔn)洪水問(wèn)題，同時(shí)施工基坑開(kāi)挖深度淺，降低了施工難度和工程投資；但由于水閘布置方案使三級(jí)干渠和白河水流平面交匯，干渠與河道水流相互影響較大，且后期三級(jí)干渠輸水及白河來(lái)水均常態(tài)化，運(yùn)行中水閘啟、閉頻繁，運(yùn)行管理難度大、費(fèi)用高。

綜合考量三種布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，考慮到后期三級(jí)干渠以長(zhǎng)時(shí)段輸水為主，應(yīng)盡可能降低對(duì)交叉天然河道和自身輸水的影響，且便于后期運(yùn)行管理，因此布置方案采用倒虹吸方案。

三級(jí)干渠為灌溉輸水渠道，輸水規(guī)模較為穩(wěn)定，洪水規(guī)模相對(duì)可控；白河為紅橋水庫(kù)泄洪通道，設(shè)計(jì)洪水流量遠(yuǎn)大于三級(jí)干渠，產(chǎn)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水的概率也要遠(yuǎn)大于三級(jí)干渠，因此，采用連接三級(jí)干渠倒虹吸布置方案既經(jīng)濟(jì)，又降低了汛期洪水風(fēng)險(xiǎn)，故確定方案一（連接三級(jí)干渠倒虹吸布置方案）為最終選定方案。

5 白河壩倒虹吸工程布置

根據(jù)干渠與白河交叉處的地形、地質(zhì)及規(guī)劃參數(shù)，白河壩倒虹吸布置于三級(jí)干渠樁號(hào)6+488～6+576 處，洞身水平投影長(zhǎng)度88.0m，孔口尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數(shù)）。

5.1 進(jìn)口段

倒虹吸涵進(jìn)口段設(shè)置護(hù)坦和沉砂池。其中護(hù)坦長(zhǎng)15.0m，寬28.5～34.3m，底板高程27.80m。護(hù)坦兩側(cè)設(shè)置翼墻，翼墻高度5.2～1.2m。護(hù)坦前設(shè)沉砂池，池深1.5m，順?biāo)飨虺亻L(zhǎng)15.0m，其中水平段長(zhǎng)9.0m，斜坡段以1∶3 坡比與渠道底連接，垂直水流向?qū)挾?4.3m。

5.2 倒虹吸涵

白河壩倒虹吸涵孔口尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數(shù)），洞身共分成10 節(jié)，1、2、3、8、9、10 六節(jié)為緊貼兩側(cè)岸坡淺埋式，4～7 節(jié)為水平布置，水平段涵底高程21.3m，進(jìn)口斜坡段涵底高程27.80～21.3m，出口斜坡段涵底高程21.3～27.75m，涵洞洞身水平投影總長(zhǎng)度為88.0m，斜坡段單節(jié)長(zhǎng)度8.0m，水平段單節(jié)長(zhǎng)度為10.0m。

5.3 出口段

倒虹吸涵出口段設(shè)置消力池及護(hù)底。消力池順?biāo)飨蜷L(zhǎng)15.0m，垂直水流向?qū)?8.5～34.3m，池深1.0m，池底高程26.75m。消力池后接8.0m 長(zhǎng)的漿砌石護(hù)底，護(hù)底垂直水流向?qū)挾?4.3m。

6 結(jié)語(yǔ)

滁河三級(jí)干渠白河壩倒虹吸工程于2020年11月全部完工，上部白河已于2020年7月恢復(fù)過(guò)流，經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行，工程整體安全穩(wěn)定、運(yùn)行良好，渠道輸水與河道過(guò)流相互獨(dú)立無(wú)干擾，在滿足三級(jí)干渠輸水能力的同時(shí)，對(duì)原白河河道的影響降至最低，既能滿足各自的功能性需求，又減小建筑物建設(shè)規(guī)模，降低了白河汛期洪水風(fēng)險(xiǎn)，工程布置經(jīng)濟(jì)可行、安全合理■