芻議小型水庫除險消能功方案選擇

王 鐵，張春玲，李洪偉

(1.海林市水務(wù)局，黑龍江海林157100;2.木蘭縣水務(wù)局，黑龍江木蘭151900)

1 基本情況

萬丈水庫位于海林市長汀鎮(zhèn)萬丈村西北2 km處，水庫控制集雨面積30 km2，該水庫是1956年開始施工，1958年竣工的小(1)型水庫。由于是建國初期修建的，建設(shè)資金短缺，致使工程未按設(shè)計全部施工，降低了標(biāo)準(zhǔn)，加之多年運(yùn)行、失修，早已成為病險水庫。例如由于資金短缺，溢洪道未修建消能設(shè)施，屬于半截工程，本次水庫除險加固需要建設(shè)消能設(shè)施。

2 設(shè)計方案

該溢洪道原設(shè)計消能為挑流消能，但施工只有挑流鼻坎，下部無消能防沖設(shè)施，本次設(shè)計消能選兩種型式進(jìn)行方案比選，第一方案為底流式消能，第二方案為挑流式消能，二方案的計算如下，工程量及造價比較見表1。

2.1 底流式消能

采用漸變矩形消力池，由15 m擴(kuò)散到20 m，結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。出口開尾水渠30 m，與溢洪道尾端銜接，人工尾水渠與天然河道銜接。

采用如下公式計算:

式中:Fr1為收縮斷面弗汝德數(shù);h1為收縮端面水深，1.05 m;v1為收縮斷面流速，8.5 m/s;b1、b2為躍前、躍后斷面寬度，m。

式中:d為池深，m;δ為水躍淹沒度，可取δ=1.05;h2為池中發(fā)生臨界水躍時的躍后水深，2.07 m;ht為消力池出口下游水深，1.1 m;△Z為消力池尾部出口水面跌落，m;Q為流量，m3/s;b為消力池寬度，m;φ為消力池出口段流速系數(shù)，可取0.95;L為自由水躍的長度。

經(jīng)計算池長Lk=7.5 m，取10 m;池深d=0.81 m，取1.0 m。消力池與陡坡采用1∶5陡坡連接，長5 m。

經(jīng)計算海漫Lp=16.2 m，選擇海漫長度20 m，鋪設(shè)40 cm干砌石，15 cm碎石，15 cm砂墊層，防沖槽底寬3 m，深1.5 m，邊坡1∶3。

2.2 挑流式消能

挑流水舌外緣挑距按下式計算:

式中:L為自挑流鼻坎末端起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m;θ為挑流水舌水面出射角，30°;h1為挑流鼻坎末端法向水深，m;h2為鼻坎坎頂至下游河床高程差，m;v1為鼻坎坎頂水面流速，m/s，可按鼻坎處平均流速v的1.1倍計。鼻坎平均流速v近似利用泄槽末端斷面水深。

經(jīng)計算，L=9.5，即挑流水舌外緣挑距9.5 m。

沖刷坑最大水墊深度按下式計算:

式中:T為自下游水面至坑底最大水墊深度，m;q為鼻坎末端斷面單寬流量，6.7 m3(s·m);Z為上、下游水位差，5.73 m;K為綜合沖刷系數(shù)，取1.55。

經(jīng)計算，沖刷坑最大水墊深度為4.8 m。水墊底部采用100 cm鋼筋籠塊石護(hù)砌。

表1 方案比較成果表

通過以上消能技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，挑流式消能工程量較小，造價比底流式消能低34萬元;另外，水庫1991年發(fā)生洪水，堰上溢流水深1.2 m，挑流鼻坎下游形成3.5 m沖坑，未對壩間及泄流建筑物造成破壞，說明挑流式消能技術(shù)方案可行。所以，該小型水庫消能方案選擇為挑流式消能。

[1]張慧麗，王愛華，張力春.底流消能及其在工程上的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2009，37(2):82.