西泉眼灌區(qū)興隆渠首設計淺析

付　強

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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西泉眼灌區(qū)興隆渠首設計淺析

付強

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：興隆渠首位于西泉眼灌區(qū)興隆分灌區(qū)，老興隆渠首包括攔河壩、沖沙閘，其攔河壩為臨時性堆石壩，標準低、堅固性差，故考慮重建攔河壩、泄洪沖沙閘，新建固灘工程。文章對興隆渠首攔河壩壩線位置及樞紐總體布置方案分別進行了方案比選，并進行了過流能力計算、消能防沖計算、穩(wěn)定計算和滲流穩(wěn)定計算。最后給出了工程布置方案。

關鍵詞：渠道設計；攔河壩；沖沙閘；工程布置；方案比選

1工程概況

黑龍江省哈爾濱市西泉眼灌區(qū)位于阿什河兩岸的河灘地與高漫灘地，地理位置在E45°15′～45°50′，N126°43′～127°20′范圍內(nèi)[1]。西泉眼灌區(qū)分為7個分灌區(qū)，分別為民合、雙豐、河東、新香坊、興隆、西川、紅星分灌區(qū)。興隆分灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉面積867 hm2，規(guī)劃灌溉面積227 hm2。興隆渠首位于興隆分灌區(qū)，老興隆渠首包括攔河壩、沖沙閘，其攔河壩為臨時性堆石壩，標準低、堅固性差，本次興隆渠首設計考慮重建攔河壩、泄洪沖沙閘，新建固灘工程。

2興隆渠首建筑物級別及防洪標準

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB50288—99)，引水樞紐工程等別根據(jù)引水流量的大小確定工程等別，興隆渠首樞紐設計引水流量2.49 m3/s，加大引水流量3.11 m3/s，工程等別為Ⅳ等，建筑物級別為主要建筑物4級，次要建筑物5級，相應設計防洪標準為10 a一遇，校核防洪標準為30 a一遇，沖沙閘、攔河壩建筑物級別均為4級[2]。

3興隆渠首攔河壩壩線位置方案比選

本次設計為興隆渠首工程改造，在興隆干渠及進水口位置確定的基礎上，對渠首樞紐總體布置進行上下壩線2個方案的比選，方案1為原址拆除重建方案，方案2為在原址向下游移動20m方案。兩個方案都是在河床左側(cè)布置沖沙閘，在河床右側(cè)布置擋水溢流建筑物，在河灘地上采取固灘工程措施。

本工程壩線比選以工程投資較省、施工方便、泄流流態(tài)好為比選原則，經(jīng)過綜合比較，然后選擇壩線，現(xiàn)比較如下：

3.1地形地質(zhì)條件

上下壩線地形地質(zhì)條件相差不大，上壩線固灘工程長度略長。

3.2施工條件

上下壩址施工場地均較開闊，利于施工布置，其他施工方面，情況基本相同。

3.3泄流流態(tài)

上壩線位于引渠的頂端，進水流態(tài)不夠平順，下壩線位于引渠頂端的下游側(cè)，與引渠形成一個魚嘴，使泄流流態(tài)趨于平穩(wěn)順暢，對下游沖刷影響小。

綜合上述各方面條件，上下壩線工程布置上基本一致、地形地質(zhì)、施工條件基本一致，泄流流態(tài)方面下壩線方案優(yōu)于上壩線，水流較平順、對下游消能防沖有利，且下壩線固灘工程長度略短，因此，本次設計選定下壩線為攔河壩設計壩線。

4興隆渠首樞紐總體布置方案比選

在選定的下壩線基礎上，樞紐總體布置需進行2個方案的比選，方案1為閘壩結(jié)合方案，方案2為全閘方案。方案1的泄水建筑物包括溢流壩、泄洪沖沙閘及河灘地，方案2的泄水建筑物包括泄洪閘及河灘地。

方案1：閘壩結(jié)合方案。

閘壩結(jié)合方案是指既有閘也有壩的樞紐布置方案，為增大樞紐的泄流能力，壩型采用實用堰型式。泄洪沖沙閘寬度根據(jù)工程經(jīng)驗取河道總過水凈寬度的1/10～1/3，寬度取10m，沖沙閘溢流壩長40m，其余灘地部分采取固灘工程措施。

方案2：全閘方案。

全閘方案是指沒有壩只有閘的樞紐布置方案。泄洪沖沙閘寬度根據(jù)河床寬度取50m，其余灘地部分采取固灘工程措施。

對兩個樞紐總體布置方案進行投資比較,詳見表1。

表1　樞紐總體布置方案投資比較表

從表1可以看出閘壩結(jié)合方案比全閘方案節(jié)省投資139萬元。而且閘壩結(jié)合方案在天然來水量不是很大的情況下，可以通過溢流壩泄流，而不需要開啟閘門，管理方便，也減少了閘門的開啟次數(shù)。綜合以上比較，本次設計興隆渠首樞紐總體布置選取閘壩結(jié)合方案。

5設計計算

5.1過流能力計算

攔河壩、泄洪沖沙閘過流能力計算公式，采用《水閘設計規(guī)范》(SL265—2001)中計算公式[3]：

(1)

式中：H0為計入行近流速的堰上水深，m；g為重力加速度，m/s2；m為流量系數(shù)，取0.385；B0為溢流堰凈寬，m；σ為堰流淹沒系數(shù)；ε為堰流側(cè)收縮系數(shù)。

固灘過流能力計算采用《水力計算手冊》推薦公式計算：

(2)

式中：Q為流量，m3/s；A為過水斷面面積，m2；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；i為河道比降。

計算結(jié)果見表2。

表2　攔河壩、沖沙閘、固灘過流能力計算成果表

經(jīng)驗算，過流能力滿足設計要求。

5.2消能防沖計算

采用底流消能，消能防沖計算如下：

5.2.1消力池深度計算

計算公式采用《水閘設計規(guī)范》(SL265—2001)推薦公式計算[3]。

(3)

式中：d為消力池深度，m；σ0為水躍淹沒系數(shù)，采用1.05；hc″為躍后水深，m；b1為消力池進口寬度，m；b2為消力池出口寬度，m；α為水流動能校正系數(shù)，采用1.05；q為過閘單寬流量，m2/s；T0為由消力池底板頂面算起的總勢能，m；ΔZ為出池落差，m；hs′為出池河床水深，m。

5.2.2消力池長度計算

Lsj=Ls+βLj

Lj=6.9(h″c-hc)

(4)

式中：Lsj為消力池長度，m；Ls為消力池斜坡段水平投影長度，m；β為水躍長度校正系數(shù)，采用0.7；Lj為水躍長度，m。

5.2.3海漫長度按下式計算

(5)

式中：Lp為海漫長度，m；qs為消力池末端單寬流量，m2/s；Ks為海漫長度計算系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)資料取12。

消能防沖計算結(jié)果見表3。

5.3穩(wěn)定計算

閘室、擋土墻沿基底面抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)及基底應力按下列公式計算：

(6)

計算成果見表4、5。

表3　渠首樞紐建筑物消能計算成果表

表4　攔河壩閘室穩(wěn)定計算成果表

表5　攔河壩擋土墻穩(wěn)定計算成果表

由表5可知，閘室、擋土墻最大基底應力不大于地基承載力，大小應力比滿足規(guī)范要求；抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范允許值1.2，故閘室、擋土墻穩(wěn)定能夠滿足設計要求。

5.4滲透穩(wěn)定計算

新建泄洪沖沙閘、溢流堰基礎坐在級配不良細礫上，根據(jù)地質(zhì)報告，允許滲透比降建議值J允取0.20。泄洪沖沙閘、溢流堰底部輪廓總長為21 m，上下游最大水頭差為1.40 m，經(jīng)計算水平段滲流坡降值為0.07，小于允許滲透比降值0.2，故滿足滲流穩(wěn)定要求。

6興隆渠首工程布置

攔河壩由進口段、低堰閘室段、消力池段及海漫段組成，順水流方向總長70m。進口段底板頂高程163.00m，長10.0m，采用0.3m厚雷諾護墊護砌，下設砂礫石20 cm、無紡布一層。閘室采用低堰型式閘室底板，低實用堰，堰頂高程164.40 m，長7.0 m，寬40 m，每10 m設一伸縮縫。消力池段采用分離式結(jié)構(gòu)，長度14.0m，池深1.0m，底板為1.0m厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，左側(cè)與泄洪沖沙閘共用導墻，右側(cè)采用懸臂式擋墻，墻頂高程166.09 m。海漫段長39 m，采用0.3 m厚雷諾護墊護砌，下設砂礫石20 cm、無紡布一層；末端設拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。

泄洪沖沙閘由進口段、閘室段、消力池段及海漫段組成，順水流方向總長70m。進口段底板頂高程163.00m，長10.0m，采用0.3m厚雷諾護墊護砌，下設砂礫石20cm、無紡布一層。閘室段為鋼筋混凝土平底板整體式U型槽結(jié)構(gòu)，長7.0m，閘底檻高程163.00m，單孔凈寬5m，共2孔，總凈寬10m，中墩厚度1.0m；閘底板厚1.2m，邊墩厚1.0m；閘孔內(nèi)設一道工作閘門，閘上設有工作橋、人行橋，人行橋面高程為167.09m，橋?qū)?.0m，工作橋啟閉平臺高程為170.59m。消力池段采用鋼筋混凝土U型槽結(jié)構(gòu)，長度14m，深1.0m。海漫段長39m，采用0.3m厚雷諾護墊護砌，下設砂礫石20cm、無紡布一層；末端設拋石結(jié)構(gòu)防沖槽。

固灘工程采用雷諾護墊護砌結(jié)構(gòu)，垂直水流方向長190m，固灘頂高程164.90m，頂寬3m，上游邊坡1∶3，下游邊坡1∶8，下游15 m范圍內(nèi)采用雷諾護墊護底。

參考文獻：

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省西泉眼灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實施方案報告(2012年度)[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2012.

[2]中華人民共和國水利部.GB50288-99灌溉與排水工程設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[3]中華人民共和國水利部.SL265-2001水閘設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2001.

中圖分類號：TV641.4

文獻標識碼：B

[作者簡介]付強(1988-)，男，吉林長春人，助理工程師。

[收稿日期]2015-09-21

文章編號：1007-7596(2016)01-0084-03