黃花灘水利骨干工程3#低壓輸水管道進水池設計方案

蘇桐鱗

（甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅 蘭州 730000）

黃花灘水利骨干工程3#低壓輸水管道進水池設計方案

蘇桐鱗

（甘肅省水利水電勘測設計研究院，甘肅 蘭州 730000）

黃花灘水利骨干工程位于甘肅省古浪縣黃花灘、西靖兩鄉(xiāng)境內(nèi)，工程新建段均為有壓輸水管道。3#有壓輸水管道通過小流量時，進出口渠底高差遠大于水頭損失值，管道進口不能淹沒，致使水以急流狀態(tài)進入管道，形成水躍，由于水躍的脈動及摻氣，將引起管身的震動，惡化管道的運行工況。為解決上述問題，在3#有壓輸水管道進口設置進水池。進水池設計擬定豎井式和斜坡式兩方案進行比選，經(jīng)綜合論證分析后，選擇占地少、工程量省、消能效果較好的豎井式進水池方案。

黃花灘；低壓輸水管道；消能井；進水池

1 概述

黃花灘水利骨干工程位于甘肅省古浪縣黃花灘、西靖兩鄉(xiāng)境內(nèi)，黃花灘項目在不增加景電二期灌區(qū)提水規(guī)模，不影響民勤輸水及古浪灌區(qū)灌溉用水的前提下，充分利用景電二期工程古浪灌區(qū)節(jié)水改造富余水量，在已有灌區(qū)設施基礎上，進行部分擴建延伸，合理開發(fā)黃花灘土壤條件優(yōu)越的部分土地，發(fā)展灌溉面積5747hm2，移民4萬人，在改善古浪縣南部山區(qū)生態(tài)環(huán)境的同時，充分利用黃花灘相對優(yōu)越的自然地理條件，建一個新的生態(tài)移民及扶貧開發(fā)移民區(qū)，用來安置南部山區(qū)自然條件差、經(jīng)濟文化落后地區(qū)的貧困群眾，達到生態(tài)移民及扶貧開發(fā)的目的，實現(xiàn)人與自然的共贏。

黃花灘骨干工程干渠由原景電二期北干渠、北一支渠改擴建段和有壓輸水管道新建段組成。3#低壓輸水管道位于新建段的二泵站出水池下游。

2 3#低壓輸水管道水力要素

3#低壓輸水管道全長8.42km，通過3#低壓輸水管道加大流量4.17m3/s，設計流量3.21m3/s，最小流量 1.17m3/s，管道采用預應力鋼筋混凝土管，管徑2.0m。3#低壓輸水管道參數(shù)見表1。

表1 3#低壓輸水管道參數(shù)表

3 3#低壓輸水管道進水池設計方案

因3#低壓輸水管道較長，且運行過程中流量變化頻繁，管道通過加大流量和最小流量時，水頭損失相差較大，當通過小流量時，管道進出口渠底高差遠大于水頭損失值，若管道進口不能形成淹沒，水以急流狀態(tài)進入管道，形成水躍，由于水躍的脈動及摻氣，將引起管身的震動，惡化管道的運行工況。為消除水躍，可將管道進水口頂緣布置在管道通過小流量時進口計算水位以下，保證一定的淹沒深度，從而利于3#低壓輸水管道安全運行。根據(jù)進水池最低水位并考慮一定的淹沒深度后，確定進水池底板高程；根據(jù)進水池最高水位并考慮一定的安全超高后，確定進水池頂高程。

采用長距離、大口徑低壓輸水管道進口進水池方案在甘肅省尚屬首例。按照《水利水電工程進水口設計規(guī)范》（SL285-2003）規(guī)定，為保證進水口內(nèi)為壓力流，最小淹沒深度應不小于1.5～2.0m。為此，在結合工程實際地形、地質條件等情況下，設計兩種有壓輸水管道進口進水池方案，即豎井式進水池方案和斜坡式進水池方案。并經(jīng)綜合論證分析比較選擇適宜本工程的進水池方案。

圖1 豎井式進水池縱剖面圖

3.1 豎井式進水池方案

豎井式進水池方案把進水池分為三段三個區(qū)域：第一段在距進水池上游引渠末端2.4m處設置0.5m厚防沖墻，防沖墻兩端固定在兩側墻上，阻擋引渠水流形成的小挑流，防沖墻頂部設置3個管徑為250mm的PVC通氣孔，下端距離池底3.8m，以便水流向前行進，此段為強摻氣區(qū)；第二段為在距防沖墻5.6m處的池底上設置高度為4.3m的向上折流板，并于折流板底部布置3個管徑為250mm的PVC放空管，此段為能量消耗區(qū)；第三段為在距向上折流板5.0m處布置管道進口，此段為水流平順區(qū)。由于3#低壓輸水管道的地質條件為風積細沙，且進口進水池頂高程僅略高于地面高程，故對3#低壓輸水管道進口進水池頂部進行封閉設計，考慮到運行管理方便，進水池頂部采用蓋板封閉設計，并預留2座檢修進人孔。詳見圖1。

3#低壓輸水管道進口進水池采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土消能井式箱體結構，箱體結構尺寸為：箱體凈長14.0m，凈寬5.0m，井高13.5m。

3.2 斜坡式進水池方案

斜坡式進水池方案包括長斜坡段和短平直段，過流能力計算及池深確定同跌水式消能井方案。按照《泵站設計規(guī)范》（GB50265-2010）規(guī)定，正向進水的前池，底坡不宜陡于1∶4。參照此要求，斜坡式進水池方案斜坡段底坡選取1∶4，消力池底板與上游引渠渠底高程相差10.7m，則斜坡段水平段長度為42.80m；本工程水源為黃河水，為方便檢修及清淤，在斜坡段下游布置2.0m長的短平直段，作為清淤及檢修平臺。池頂設計同豎井式進水池方案。詳見圖2。

圖2 斜坡式進水池縱剖面圖

4 進水池方案比選

4.1 兩種方案消能原理

（1）豎井式進水池上游引渠水流挑沖向防沖墻遇阻發(fā)散并跌落，并在此過程中摻氣，摻氣水流在進水池底部與周圍水體產(chǎn)生強烈摻混區(qū)，并帶動水流在向上折沖板上下與箱式進水池之間形成豎向回流，在此過程中，水流與折沖板和進水池池壁的摩擦及水流質點之間的摻混剪切的方式進行，而在3#低壓輸水管道進出口水位平衡后，此消能井式進水池下部形成5.70m的消力水墊，起到較好的消能效果。

（2）斜坡式進水池方案相當于陡坡加短消力池形式，消力池長度不足，故在工程運行初始狀態(tài)時消能效果較差，但在3#低壓輸水管道進出口水位平衡后，亦形成消力水墊，起到較好的消能效果。

4.2 方案確定

斜坡式進水池總長44.80m，長度是豎井式進水池長度的3.2倍，寬度兩種方案相同，故斜坡式進水池方案占地較豎井式進水池方案大，加之斜坡式進水池工程投資較大、工期較長、受本工程地形條件影響較大等缺點，本工程不宜采用。豎井式進水池方案占地少、工程投資不大、可以保證施工工期，且消能效果良好。綜合考慮各方面因素，本工程推薦豎井式進水池方案。

5 結語

灌區(qū)采用長距離、大口徑有壓輸水管道方案在甘肅省尚屬首例，3#低壓輸水管道為有壓輸水，且管道運行過程中流量變化頻繁，管道通過加大流量和最小流量時，水頭損失相差較大，輸水管道通過小流量時，若進水池設計不當，會惡化低壓輸水管道的運行工況，故管道進口進水池布置和選型為技術關鍵點。

3#低壓輸水管道采用豎井式進水池方案，從工程布置、結構型式、水力計算、消能原理及效果、運行管理等方面來看，是合理可行的。

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TV672+.2

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1672-2469（2017）10-0159-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.045

2017-04-27

蘇桐鱗（1983年-），男，工程師。