四方山水庫溢洪道側(cè)槽水面線推求

夏鳳蘭，李巖鵬，姜 勛

(齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 概述

四方山水庫位于嫩江右岸，二級支流大水泉子河上，控制流域面積325 km2。庫區(qū)位于甘南縣長山鄉(xiāng)、宏建鄉(xiāng)、中興鄉(xiāng)三個鄉(xiāng)的交界處，壩址距長山鄉(xiāng)政府12 km，距甘南縣城36 km，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。對促進甘南縣經(jīng)濟的發(fā)展、保證下游村鎮(zhèn)人民生命財產(chǎn)的安全和人民生活水平的提高，有著重要作用。

水庫泄水建筑物為側(cè)槽開敞式溢洪道，側(cè)槽為混凝土板護砌，側(cè)槽下接調(diào)整段軸線長26，調(diào)整段水平，調(diào)整段下接陡槽。本次計算，推求出側(cè)槽內(nèi)水面線，計算出側(cè)槽首、末端的水深及底寬，為下一階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

2 基本資料

工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇洪水設(shè)計，300 a一遇洪水校核，工程為Ⅲ等3級。

溢洪道校核流量Q校=337.65 m3/s，對應(yīng)上游校核水深H=1.63 m，溢流堰上游邊坡1∶3。

3 堰長計算

計算采用《溢洪道設(shè)計規(guī)范》中的公式A.2.3:

式中:Q為流量，m3/s;B為總凈寬，m;H0為堰上總水頭，m;m為流量系數(shù);ε為側(cè)收縮系數(shù)，0.93。計算簡圖見圖1。

圖1 寬頂堰計算簡圖

四方山水庫溢洪道校核流量Q校=337.65 m3/s，上游水深H=1.63 m，溢流堰上游邊坡采用1∶3，查《溢洪道設(shè)計規(guī)范》表A.2.3－1底坎為直角形和斜面形的寬頂堰流量系數(shù)m值表得，流量系數(shù)m為0.377。

經(jīng)計算，校核情況下，堰長B為105 m。

4 水面線計算

4.1 側(cè)槽是否滿足緩坡條件

溢流堰長度105 m，側(cè)槽首端底寬10 m，末端底寬20 m，側(cè)槽邊坡分別為m1=0.5，m2=0.75。

首先計算臨界水深發(fā)生在側(cè)槽末端時的臨界坡降，據(jù)此判定側(cè)槽是否滿足緩坡要求。計算公式為:

經(jīng)計算，臨界水深發(fā)生在側(cè)槽末端時，校核情況下的臨界水深為3.005 m，設(shè)計情況下的臨界水深為1.904 m。校核情況下的臨界線比降為0.00161，設(shè)計情況下的臨界比降為0.00176。設(shè)計采用側(cè)槽比降i為0.0015。側(cè)槽為緩坡，滿足規(guī)范要求。側(cè)槽末端設(shè)調(diào)整段長度為26 m。

4.2 側(cè)槽水面線推求

4.2.1 控制斷面的確定

因側(cè)槽末端設(shè)有26 m長的調(diào)整段，后接陡槽，陡槽首端要求臨界水深4.41 m，即控制斷面位置。

經(jīng)計算，側(cè)槽首端底寬10 m，末端底寬20 m，滿足規(guī)范要求(側(cè)槽首、末端底寬比在0.5～1.0)。

已知校核流量Q校為337.65 m3/s，計算臨界水深 hk為4.41 m(調(diào)整段末端)，利用能量守恒原理，推得調(diào)整段首端即側(cè)槽末端水深he為5.936 m。

4.2.2 側(cè)槽水面線計算

計算公式為:

式中:Δx為計算段長度，即相鄰兩個計算斷面之間的距離，m;Δy為Δx內(nèi)水面差，m;Q1、Q2分別為相鄰兩個計算斷面的流量，m3/s;;q為側(cè)槽溢流堰單寬流量，m3/(s·m);V1、V2為相鄰兩個計算斷面的水流平均流速，m/s;為分段區(qū)內(nèi)平均摩阻坡降;n為側(cè)槽槽身糙率系數(shù)，0.014; 為分段平均流= /2=速，( v1+v2)，m/s; 為分段平均水力半徑，( R1+R2)/2，m。

4.2.3 計算簡圖

計算簡圖見圖2。

圖2 側(cè)槽示意圖

4.2.4 計算步驟

1)將側(cè)槽分成11個計算段，從上游至下游12個斷面為:0+000、0+005、0+015、0+025、0+035、0+045、0+055、0+065、0+075、0+085、0+095、0+105。

2)從側(cè)槽末端斷面(0+105)開始，逐段向上游推算，推算過程見表1。

表1 四方山水庫溢洪道側(cè)槽水面線推求表

經(jīng)過計算，側(cè)槽首端底寬10m，末端底寬20m，滿足規(guī)范要求(側(cè)槽首、末端底寬比在0.5～1.0)。

側(cè)槽末端槽底高程174.41，即調(diào)整段底高程174.41，調(diào)整段末端設(shè)升坎，高度0.8m。泄槽首端斷面臨界水深為4.41m，規(guī)范要求調(diào)整段末端升坎高度應(yīng)在0.1～0.2倍泄槽首端臨界水深，即0.44～0.88m，所以坎高0.8m滿足要求。

經(jīng)計算，側(cè)槽首端水深6.45m末端水深5.94m，首端水位181.02m，超出堰頂高程0.82m，校核情況下堰上水頭1.63m，基本滿足規(guī)范要求(側(cè)槽首端斷面水深超過堰頂?shù)母叨龋瑧?yīng)小于堰上水頭的一半)。

［1］水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.SL253－2000溢洪道設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［2］齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院.黑龍江省甘南縣四方山水庫消險加固工程初步設(shè)計報告［R］.齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測設(shè)計研究院，2002.