小型水庫輸水洞消險設計概述

安忠偉，常志武

(佳木斯市水利勘測設計研究院，黑龍江佳木斯154002)

1 輸水洞消險設計

輸水洞消險設計主要包括:洞線選擇、結構型式選擇、水力計算。

1.1 洞線選擇

小型水庫輸水洞消險分為維修和重建。對于維修輸水洞，利用原有洞線，對原輸水洞破損嚴重部位進行維修加固。對于重建輸水洞，洞線位置應根據地形、地質條件來確定。地形上要便于布置輸水洞進出口建筑物，上游應平順，下游便于布置消能，并與下游渠道順暢連接;地質上要求洞線無大斷層及破碎帶。同時，洞線還應滿足水流條件好，交通連接方便，便于管理等要求。

1.2 輸水洞結構形式選擇

輸水洞按其工作性質分為有壓涵洞和無壓涵洞2種，其中，有壓涵洞在水庫輸水工程中采用較多，斷面形式多為圓形和矩形。

1.3 水力計算

輸水洞設計水力計算主要包括:過流能力計算及消能防沖計算。

2 工程實例設計

2.1 工程概況及現狀

南華水庫位于湯原縣鶴立鎮富勝村西北2.0 km處，松花江二級支流法斯河支流半截河上，壩址以上集雨面積29 km2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪和養魚等綜合利用的小(1)型水庫。始建于1952年，至1964年主體工程基本建成，主體工程由土壩、溢洪道和輸水洞組成。由于水庫大壩壩頂一直未達到設計高程，迎水坡無護坡，且經多年運行，上游壩坡坍塌破損嚴重，壩后無排水設施，部分壩體斷面單薄;溢洪道陡坡及消力池段全部水毀破壞，邊墻基礎失穩;輸水洞進、出口漿砌石結構老化、變形，混凝土圓涵破損嚴重，啟閉設備及閘門老化失修，無法正常運行。

南華水庫按10 a一遇洪水設計，50 a一遇洪水校核，

2.2 工程設計

由于原輸水洞破損嚴重，本次設計拆除重建。新建輸水洞布置在樁號0+037m處，由護砌段、進口段、閘室段、洞身段、消力池段及海漫段組成，洞徑考慮設計流量及工程檢修方便，設計斷面為0.8m×1.5m(寬×高)，輸水洞進口底高程按死水位條件下泄放設計灌溉流量要求并根據原設計，維持原設計126.00 m。

上游鋪蓋長4 m，干砌石護砌厚30 cm，其下設20 cm碎石和20 cm粗砂反濾層。

進口段為U型槽結構，長4 m，底板厚0.6 m，底高程126.00 m，寬度由3.0 m漸縮至0.8 m。

閘室段長2.4 m，閘室邊墩厚度設計采用1.0 m，底板設計厚度為0.6 m。閘門采用鑄鐵閘門，手動螺桿式啟閉機啟閉。

洞身采用鋼筋混凝土方涵，洞長共23.4 m，分兩節:第一節長12.9 m與閘室共享底板;第二節長10.5 m。

消力池為U型槽結構，消力池凈寬度由0.8 m漸擴至3.0 m，消力池總長度為14.15 m，消力池深度為0.6 m，消力池底板厚度為0.6 m。

海漫段設計長度為10 m，采用厚度為30 cm的干砌石護砌，干砌石下設20 cm碎石及20 cm碎石;海漫末端設防沖槽，槽深1.5 m。

3 水力計算

3.1 輸水洞過流能力計算

根據工程實際，采用無壓流長洞計算輸水洞過流能力，計算公式為:

式中:σ為淹沒系數;ε為側收縮系數;m為流量系數;H0為計入行進流速水頭的上游總水頭;B為出口斷面涵管寬。

3.2 消能防沖計算

南華水庫輸水洞采用底流消能型式，消能防沖計算采用以下公式:

式中:hc'為收縮水深，m;hc″為躍后水深，m;Fr為佛汝德數;△Z為出池落差。

消力池長度計算公式:

式中:Lsj為消力池長度，m;Lj為水躍長度，m;Ls為消力池斜坡投影長度，m;β為水躍長度校正系數，采用0.80。

經計算，消力池池深為0.45m，池長為11.45 m;設計取池深為0.6 m，池長為14.15 m。

海漫長度根據南京水科所經驗公式計算:

式中:Lp為海漫長度，m;q'為消力池未端單寬流量，m3/s·m-1;Ks為海漫長度計算系數，根據地質資料取Ks=10;

經計算結合設計取海漫長7.9 m，末端設防沖槽。

［1］熊啟鈞.涵洞［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［2］佳木斯市水利勘測設計研究院.黑龍江省湯原縣南華水庫除險加固工程初步設計［R］.佳木斯:佳木斯市水利勘測設計研究院，2010.