浅谈龙凤山灌区营城子干渠渠首工程设计要点

□ 李 岩

龙凤山灌区位于松花江右岸的拉林河支流牤牛河中下游，地理坐标为东经126°40′～127°40′，北纬44°45′～45°15′，是以龙凤山水库为主要水源的大型灌区。灌区总面积61.3万亩，耕地面积45.96万亩，设计灌溉面积39.7万亩。现有水田面积31.7万亩，分为5个区即小山子、光辉、民意、卫国、营城子。其中营城子干渠自牤牛河引水。

营城子渠首工程实施方案设计过程：根据1999年水利部文件，水农[1999]459号《关于开展大型灌区续建配套与节水改造规划编制工作的通知》，2000年作《龙凤山灌区续建配套与节水改造规划》设计，同年通过了上级部门的审批，被列入全国大型灌区之一。2001年五常县又被纳入了全国节水重点县，《龙凤山灌区节水续建配套项目可行性研究》是在《龙凤山灌区续建配套与节水改造规划》的基础上进行的，灌区的总体设计布局不变，所有工程以规划设计为基准。2002年编制了《黑龙江省五常市龙凤山灌区节水改造与续建配套工程初步设计报告》。2007年在灌区的总体设计布局以可研设计为基准的基础上，设计营城子渠首工程实施方案。

营城子干渠渠首工程位于龙凤山水库下游50km、牤牛河九三公里铁路桥下游1.3km处。原渠首工程包括进水闸、溢流坝。其中溢流坝原坝长130m，堆石结构，坝高3.0m，坝顶高程163.00m，1973年对坝体进行了整修加固，采用坝顶混凝土、罩面护砌。现坝体块石脱落严重，坝顶沉陷，年年维修，现坝顶高程163.30m，存在安全隐患。进水闸建于2005年，位于拦河坝右岸200m处，孔口尺寸为6孔1.75m×1.5m，底板高程为161.50m，为钢筋混凝土与浆砌石混合结构，设计引水流量Q=10.42m3/s，工程现状尚好。

该工程，2008年完成了施工图设计，2009年开始施工。2010年主体工程完成。2011年投入运行。

一、坝线选择及工程总体布置

（一）坝线选择

本次设计新建永久性溢流坝工程，在坝体右侧设泄洪冲砂闸1座：起到防洪、冲砂、过冰、控制河道主流等作用。

原坝线处堆石坝无利用价值。在原坝线新建溢流坝、泄洪冲砂闸施工难度较大，因坝体需要全部拆除，同时需要满足正常引水要求，故不作为比选坝线。

根据渠首工程地形地貌、渠首总体布置、引水灌溉等要求，布置两条坝轴线。上坝线在原坝线上游60m, 下坝线在原坝线下游150m。2条坝线布设建筑物：左侧拦河溢流坝、右侧泄洪冲沙闸。上、下坝线比较均不计入进水闸、固滩工程。

上坝线方案：布置在原坝线上游60m处，左侧为溢流坝。右侧设置泄洪冲砂闸。主要考虑离进水闸引水渠较近；施工期可利用滩地布置场地，利于施工导流。溢流坝长90m,堰顶高程163.30m，泄洪冲砂闸3孔×12m,底坎高程160.00m。

下坝线方案：布置在原坝线下游150m处，左侧为溢流坝，右侧设置泄洪冲砂闸。河床右侧滩地可布置施工场地。溢流坝长90m,堰顶高程163.30m， 泄洪冲砂闸3孔×12m,底坎高程159.00m。

上坝线方案工程投资960万元。下坝线方案工程投资1105万元。上坝线比下坝线省145万元经过比较，选用上坝线方案。

（二）工程总体布置

营城子区渠首位于龙凤山水库下游50km，牤牛河九三公里铁路桥下1.3km处，营城子渠首由进水闸、溢流坝、泄洪冲砂闸及固滩四部分组成。

进水闸2005年建成。设计水位163.25m，设计流量10.42m3/s。

二、溢流坝

进水闸2005年建成。上游设计水位163.25m，下游设计水位163.11m，闸底板高程为161.31m，设计流量10.42m3/s。由溢流坝至进水闸由210m引水渠连接，渠道比降为1/5000。因此堰顶高程选择163.30m。

（一）结构布置和材料

溢流坝由进口段、控制段、消力池段及海漫段组成，总长91m。设计泄流量585m3/s。

进口段前部渠底高程160.00m，采用0.4m厚雷诺护垫干砌石护砌，长10m。进口段导墙为悬臂式，控制段前渠底采用厚度0.6m的钢筋混凝土板，护砌长8m,底高程160m。

控制段现状溢流坝坝顶高程为163.30m，经多年运用，水流顺畅，高度合适。本次设计堰顶高程163.30m。长10m，堰体为WES堰，泄流宽度为90m，每10m设一伸缩缝，净宽90m。堰体底板上下游均设齿墙。

消能选择底流消能形式。消力池长度12m，底高程159.2m，净宽度90m。采用分离式，底板为1.2m厚的钢筋混凝土结构。左、右侧采用悬臂式边墙。

海漫段采用雷诺护垫护砌长34m，厚度0.4m。下设0.15m厚砂砾石，无纺布反滤。末端设抛石结构防冲槽。海漫段两侧护坡坡比为1：2.5，采用0.4m厚雷诺护垫干砌石，下设0.15m厚砂砾石，无纺布反滤。固脚采用混凝土梯型结构，下底宽1m，上底宽0.9m，高1.0m。

（二）设计计算

1.水力计算

堰型设计：采用开敞式WES型实用堰，确定堰面曲线方程为：

双圆弧曲线参数为：R1＝0.5，Hd=1.2m；a＝ 0.175，Hd=0.42；R2＝ 0.2，Hd =0.48；b=0.282，Hd=0.68。幂曲线在堰顶下游处与半径为3.04m，圆心角51°的反弧段相切，反弧段在159.20m高程处与消力池底板相切。

泄流能力计算：采用《溢洪道设计规范》（SL253-2000）中开敞式WES型实用堰的泄流能力公式进行验算，当溢流坝宽度90m,上设人行桥，净过流宽度B=79.2m时，溢流坝过流能力满足设计流量要求.

消能计算：计算消力池的长度、深度及底板厚度，海漫段长度，防冲槽深度。

根据上游设计水位，下游设计水位，经计算深度为0.8m，消力池长度18m。消力池底板厚度经计算取值1.20m。海漫长度经计算得到22.98m，设计与冲砂闸海漫段末端相衔接，取长度33m。

2.挡土墙稳定分析计算

进、出口挡土墙均为悬臂式结构型式。进、出口挡土墙的高度不同，取最不利断面分别计算挡土墙稳定。经过计算，满足稳定要求。

3.渗透稳定计算

坝基允许渗径系数为5，上下游最大水头差为3.3m。

允许渗径长度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防渗长度为32m，大于允许渗径长度，满足防渗要求。

三、泄洪冲砂闸

（一）工程布置

泄洪冲砂闸由进口段、控制段、消力池段及海漫段组成，总长91m。设计泄流量618m3/s。

进口段前部底高程160m。采用0.4m厚雷诺护垫干砌石护砌长10m。进口段导墙为悬臂式，墙顶高程166.45m。控制段前渠底采用厚度0.6m的钢筋混凝土护砌，长度8m，底高程160m。

控制段根据审查意见及考虑过冰。闸室为3孔，每孔泄流宽度为12m、长8m、宽顶堰，堰顶高程160m。每孔设一伸缩缝，中墩为缝墩。墩顶高程166.45m，上部设2.1 m宽人行廊桥。

消能选择底流消能形式。消力池长度18m，底高程159.2m，净宽度42m。采用分离式，底板为1.2m厚的钢筋混凝土。左、右侧为悬臂式边墙，墙顶高程166.45m。

海漫段长35m,设0.4m厚雷诺护垫干砌石护砌，末段设抛石结构防冲槽。海漫段两侧堤坡坡比为1：2.5，采用0.40m厚雷诺护垫干砌石护砌，护砌长度为38m。

（二）设计计算

泄洪冲砂闸过流能力计算：采用宽顶堰流量公式， B=36m(每孔净宽12m,分3孔)。过流能力计算结果,满足设计流量要求。

消能计算：采用底流消能措施,计算包括消力池的长度、深度及底板厚度，海漫段长度，防冲槽深度。依据《水闸设计规范》（SL265-2001）中消能计算公式。经计算，校核水位下为控制情况。设消力池深度0.8m,长度为18m。

海漫长度：校核水位计算长度为33.34m，取海漫长度35m。

防冲槽面积：取防冲槽深度为2m。经计算面积为18.28m2。

控制段（闸室段）稳定计算：控制段（闸室段）采用U型槽结构，中墩分缝，共3孔。选择其中1孔进行稳定计算。采用《水闸设计规范》SL265-2001中的抗剪强度计算公式计算：校核水位情况下，开闸放水。经计算满足抗滑稳定要求。

闸室段基底应力：经过计算，满足稳定要求。

挡土墙稳定计算：进出口挡土墙均为悬臂式结构形式。取最不利断面进行稳定计算。因为结构与受力条件均与溢流坝部分的相同，计算结果见溢流坝部分，满足稳定要求。

渗透稳定计算：闸基允许渗径系数为5，上下游最大水头差为3.3m。允许渗径长度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防渗长度为28m，大于允许渗径长度，满足防渗要求。

四、廊道建筑设计

根据水利设计与环境景观设计相协调的设计理念，设计启闭机房及廊道。

廊道坐落于泄洪冲砂闸墩上。廊道总高3.9m。长×宽为52.80m×2.65m。整座建筑仿明清风格，屋面为橙黄色琉璃瓦，朱红柱身，宝蓝色及白色涂料装饰块，墨绿色铁艺栏杆，配以琉璃挂落、双龙戏珠、戗兽、宝顶、博古等装饰构件，色彩艳丽，又富于变化，建筑立面处理风格统一。同时，廊亭与周围翠绿景观互相衬托，给人端庄、宁静的美感，同时将生活、工作、休憩等功能有机结合，为渠首增加了一道靓丽的风景。

五、结论

按照以上设计要点，严格按照设计规范进行设计。根据工程实际情况进行适当调整，结合设计技术说明，可以满足施工要求。