滁河三級干渠與白河交匯處通水建筑物型式選擇與布置

劉國玉

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230022）

1 工程概況

駟馬山滁河三級干渠是駟馬山灌區骨干工程續建的一部分，為滁河三級站與滁河四級站之間的連通渠道，全長8.84km。20 世紀70年代駟馬山灌區建設完成了三級干渠樁號0+000～5+000 段，2017年6月，剩余3.84km 干渠啟動建設。根據干渠總體布置，三級干渠渠道于樁號6+532 處橫穿現有天然河道—白河。白河位于紅橋水庫下游，主要功能為汛期下泄水庫洪水、灌溉期引水庫水進行農田灌溉。為保證三級干渠正常輸水和白河順暢下泄洪水，必須在三級干渠與白河交叉處增建建筑物，協調渠道與河道的水流。

2 規劃設計條件

2.1 工程等級和防洪標準

滁河三級干渠灌溉流量為105～71.4m3/s，干渠建筑物級別為2 級，相應渠系建筑物級別定為2 級，渠系建筑物設計防洪標準為50年一遇，校核標準為200年一遇。

2.2 設計水位及流量

滁河三級干渠主要功能為灌溉輸水，其與白河交叉處（樁號6+532）設計輸水流量71.4m3/s，設計輸水水位31.8m，洪水水位32.3m。相應位置白河設計洪水流量255m3/s，洪水水位32.0m。

3 工程地質

工程區的地震動峰值加速度為0.10g，相應地震基本烈度為VII 度。工程區地面以下25.00m 勘探深度范圍內，地下水類型為孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水。

孔隙潛水主要賦存于①層重粉質壤土、②1層淤泥質重粉質壤土、③層重粉質壤土及④層礫質粉質粘土中；孔隙承壓水主要賦存于相對隔水層下部⑤層砂卵石中。因其上部有一定厚度的相對不透水層的覆蓋，從而形成一定的承壓性，含水層厚度差異較大，該含水層頂板起伏較大。

4 三級干渠穿越白河方式選擇

對于存在交叉的渠（河）道，其中一個方向的水流通道可以通過渡槽或倒虹吸涵洞跨（穿）越另一方向渠（河）道，在相互水流無干擾情況下通過；或在其中一條渠（河）道兩側設置控制性水閘，協調存在交匯的渠（河）道流量與水位，采用先匯合、后分離的方式使得兩股水流得以順利通過。不同的建設方案均有各自優缺點和適用條件。

三級干渠渠道與白河交叉于三級干渠樁號6+532 處，該處三級干渠設計渠底高程為27.80m，白河河底現狀高程為28.00m 左右，由于渠道和河道底高程相差不大，因此該交叉處不宜布置渡槽。

為有效協調三級干渠與白河的交叉處的水流關系，根據交叉處的實際地形情況，擬定連接三級干渠倒虹吸涵洞、連接白河倒虹吸涵洞和三級干渠渠道兩側進、泄洪閘三種布置方案進行經濟技術比較。

4.1 三種方案

方案一：連接三級干渠倒虹吸涵洞方案。該方案通過在三級干渠渠道上新建穿越白河河底的倒虹吸涵洞，從而使三級干渠流量通過倒虹吸涵洞方式穿越白河，降低三級干渠建設對白河水流造成影響。根據規劃條件，該處倒虹吸涵洞設計流量71.4m3/s，涵洞洞身斷面尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數），洞身順水流方向投影長度88.0m。為保證三級干渠堤頂交通道路暢通，增設跨白河交通橋一座，交通橋采用4 跨布置，單跨長16.0m，橋梁總長64.0m，橋梁凈寬4.5m。

方案二：連接白河倒虹吸涵洞方案。該方案通過在白河河道上新建穿越三級干渠渠底的倒虹吸涵洞，使白河水流通過倒虹吸方式穿越三級干渠，減小白河對干渠水流的影響。根據規劃條件，該處倒虹吸涵洞設計流量255.0m3/s，涵洞洞身斷面尺寸為5.0m×4.5m×8 孔（寬×高×孔數），洞身順水流方向投影長度72.0m。

方案三：進、泄洪閘方案。該方案在三級干渠與白河交叉處的右側堤防上新建白河壩進洪閘，在左側堤防上新建白河壩泄洪閘。根據規劃條件，白河壩進洪閘設計流量255.0m3/s，水閘單孔寬度為7.0m，共5 孔，閘室垂直水流向總寬度41.0m，順水流向寬度12.0m；白河壩泄洪閘設計流量315.0m3/s，水閘單孔寬度為7.0m，共6 孔，閘室垂直水流向總寬度41.0m，順水流向寬度12.0m。

4.2 方案比較

三種方案經濟比較見表1。

從表1可見，三種方案工程可比造價相差不大，方案二最大、方案一最小。三種建設方案均能解決三級干渠與白河河道交叉存在的水流問題，但均存在各自的優缺點，優缺點見表2。

表1 三種建設方案可比造價對比表

表2 三種建設方案特性及優缺點對比表

4.3 方案選取

三種布置方案各自優點突出，同時缺點也很明顯。倒虹吸方案無需閘門控制，后期運行管理方便、維護費用低；但由于倒虹吸涵洞孔口尺寸有限，應對河道超標準洪水時，調節能力有限，且三級干渠與白河交叉處渠底與河底高程相差不大，造成倒虹吸施工基坑開挖深度深，增加了施工難度和工程投資。水閘方案（開敞式水閘）可在一定程度上調節應對河道超標準洪水問題，同時施工基坑開挖深度淺，降低了施工難度和工程投資；但由于水閘布置方案使三級干渠和白河水流平面交匯，干渠與河道水流相互影響較大，且后期三級干渠輸水及白河來水均常態化，運行中水閘啟、閉頻繁，運行管理難度大、費用高。

綜合考量三種布置方案的優缺點，考慮到后期三級干渠以長時段輸水為主，應盡可能降低對交叉天然河道和自身輸水的影響，且便于后期運行管理，因此布置方案采用倒虹吸方案。

三級干渠為灌溉輸水渠道，輸水規模較為穩定，洪水規模相對可控；白河為紅橋水庫泄洪通道，設計洪水流量遠大于三級干渠，產生超標準洪水的概率也要遠大于三級干渠，因此，采用連接三級干渠倒虹吸布置方案既經濟，又降低了汛期洪水風險，故確定方案一（連接三級干渠倒虹吸布置方案）為最終選定方案。

5 白河壩倒虹吸工程布置

根據干渠與白河交叉處的地形、地質及規劃參數，白河壩倒虹吸布置于三級干渠樁號6+488～6+576 處，洞身水平投影長度88.0m，孔口尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數）。

5.1 進口段

倒虹吸涵進口段設置護坦和沉砂池。其中護坦長15.0m，寬28.5～34.3m，底板高程27.80m。護坦兩側設置翼墻，翼墻高度5.2～1.2m。護坦前設沉砂池，池深1.5m，順水流向池長15.0m，其中水平段長9.0m，斜坡段以1∶3 坡比與渠道底連接，垂直水流向寬度34.3m。

5.2 倒虹吸涵

白河壩倒虹吸涵孔口尺寸為4.0m×4.0m×6 孔（寬×高×孔數），洞身共分成10 節，1、2、3、8、9、10 六節為緊貼兩側岸坡淺埋式，4～7 節為水平布置，水平段涵底高程21.3m，進口斜坡段涵底高程27.80～21.3m，出口斜坡段涵底高程21.3～27.75m，涵洞洞身水平投影總長度為88.0m，斜坡段單節長度8.0m，水平段單節長度為10.0m。

5.3 出口段

倒虹吸涵出口段設置消力池及護底。消力池順水流向長15.0m，垂直水流向寬28.5～34.3m，池深1.0m，池底高程26.75m。消力池后接8.0m 長的漿砌石護底，護底垂直水流向寬度34.3m。

6 結語

滁河三級干渠白河壩倒虹吸工程于2020年11月全部完工，上部白河已于2020年7月恢復過流，經過近半年的運行，工程整體安全穩定、運行良好，渠道輸水與河道過流相互獨立無干擾，在滿足三級干渠輸水能力的同時，對原白河河道的影響降至最低，既能滿足各自的功能性需求，又減小建筑物建設規模，降低了白河汛期洪水風險，工程布置經濟可行、安全合理■