新疆白杨河水库导流兼泄洪洞水力学计算简介

赵 娜

(新疆水利水电勘测设计研究院 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

白杨河水库工程位于新疆阜康市滋泥泉子镇境内，是白杨河上的一座山区水库，其主要任务是在满足灌溉的前提下，向工业园区供水，同时兼顾防洪，是一座具有综合利用效益的水库工程。主要建筑物有拦河大坝、溢洪道、导流兼泄洪洞等，最大坝高78m。根据工程区地形地质条件，工程由黏土心墙坝、表孔溢洪道、导流兼泄洪洞等组成。根据坝址地形地质条件，在整个河谷布置黏土心墙坝;表孔溢洪道利用河道地形布置在右岸坝肩上，为开敞式正槽，其轴线与坝轴线夹角70°;导流兼泄洪洞布置在左岸，从坝下穿过，为明挖浇筑的坝下埋涵，洞内左侧拱脚处布置有工业供水的有压放水管。

2 计算分析的目的与内容

在导流规划和导流布置基本确定的前提下，导流洞隧洞水力学计算分析是决定导流隧洞断面尺寸、导流建筑物的最优组合乃至导流设计标准选择等的重要依据。因此，导流洞的水力学计算在导流工程设计中占有重要地位，是整个导流工程设计的基础。

白杨河水库施工期导流采用河床断流围堰、导流兼深孔洪洞泄洪的方式。导流设计洪水标准采用P=10%洪水频率，相应洪峰流量63.86m3/s。导流建筑物为上、下游围堰挡水，河床一次断流，导流兼泄洪洞布置在左岸，从坝下穿过，为明挖浇筑的坝下埋涵，洞内左侧拱脚处布置有工业供水的有压放水管。导流全过程分为围堰挡水、大坝挡水和后期导流泄洪兼工业供水三个阶段。导流泄洪洞除应满足水库施工期宣泄设计洪水的要求外，还必须兼顾在明流状态下工业供水的需要。

白杨河水库导流洞水力学计算的主要内容有:拟定导流洞断面尺寸、设计隧洞纵坡和计算导流隧洞的泄流能力。下面对设计原则、方法和步骤以及部分成果作简要介绍。

3 拟定导流洞断面尺寸

导流隧洞断面尺寸与导流标准、导流能力、围堰高度、出口水流衔接等密切关联，必须进行综合的水利经济分析。断面形式及尺寸在很大程度上决定于围岩特性以及地应力分布情况。由于白杨河水库工程的特殊性，导流洞是埋于大坝之下，铅直土压力较大，因此采用圆拱直墙式。

确定隧洞断面尺寸时，控制水面以上的空间一般不小于洞身面积的15%，顶部净空高度不小于0.4m。对于高速水流无压洞考虑掺气后水面以上一般还要有15% ～20%的空间，并且水面不宜超出直墙范围。

以校核水位1012.28m(Q=108.1m3/s)控制工况计算的结果见表1。

从表1可知，洞身空间余幅较大。原因是对洞内顶拱脚处设工业供水管有影响，且掺气后水深不能漫过供水管道支架，使支架浸泡在水中，锈蚀支架。

导流标准选择为10%的洪水频率(Q=63.86m3/s)，相应导流洞建筑规模:进口高程968m、断面尺寸为4.6m×3.0m(高×宽)的导流洞，高21m的上游围堰。

表1 隧洞断面计算结果

4 导流洞纵坡设计

在确定了导流洞的断面尺寸后，即可进行纵坡设计。在设计选定的导流洞断面尺寸和进口底板高程前提下，尽量加大明流过流能力，减少导流洞在明满流过渡流态的工作几率，以优化洞室支护的受力状态。根据金属结构的设计，闸井段(桩号0－022.8～0+000)为平坡，桩号0+000以后底坡均设计为陡坡，为避免渐变段过早进入明满流状态，该段采用较大的纵坡，使水面呈b2型降水曲线。

根据以上设计原则，针对各级明流流量和不同的假设底坡，分别进行水力学计算，然后进行优选。优选原则为:ⓐ在小流量情况下，洞身段的隔断弗劳德数偏小，且变幅也小;ⓑ在大流量情况下考虑掺气后的水深值沿程尽量相近，且不高于洞身的直墙段，便于有较大的明流过流能力。经过优选和整体协调后，最终选定底坡为1/50，出口底高程为964.20m，洞长为190m。

5 导流洞泄流能力

在确定的导流标准前提下，导流洞的泄流能力在白杨河水库中有着重要意义。在下游水位不影响导流洞泄流能力的前提下，泄量可由闸孔自由出流的公式计算:

式中 H——由有压短洞出口的闸孔底板高程算起的上游库水深;

ε——有压短洞出口工作闸门的垂直收缩系数;

e、B——闸孔开启高度和水流收缩断面处的底宽;

μ——短洞有压段流量系数，由下式计算:

计算结果见表2。

表2 白杨河导流洞的泄流能力

6 结语

每个工程的导流洞都有其特点，在实际工程中应根据地质情况、水文条件、运行工况等因素采用不同的技术措施，进行技术经济比较，选择最佳的设计施工方案。

白杨河水库导流兼泄洪洞于2010年4月30日开工建设，2010年9月30日完成导流洞主体工程，现主体工程已完成，由于导流洞的建成以后的种种原因，还未正式运行泄水。白杨河水库的导流洞的设计合理与否，有待实践的进一步检验。

1 华东水利学院.水工设计手册:第七卷［M］.北京:水利水电出版社，1982.

2 陈德亮.取水输水建筑物丛书:隧洞［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.

3 SL279—2002，水工隧洞设计规范［S］.

4 武汉水利电力学院水力学教研室.水力计算手册［M］.北京:水利出版社，1980:415.