大庆防洪库里泡虹吸工程过流计算与优化设计

周延明

(大庆地区防洪工程管理处，黑龙江大庆163311)

1 工程位置概况

库里泡滞洪区位于大庆地区的南部，大庆市、肇源县和肇州交界处，是安肇新河上最下游的一个较大滞洪区。系作为调蓄安肇新河洪水并将其泄入松花江，以确保库里泡以下耕地、草原和肇源县免受洪水灾害。其管理所单位隶属于黑龙江省大庆地区防洪工程管理处，根据水利水电枢纽工程等级划分及设计标准(平原、滨海、部分)试行SDJ217—87规范，库里泡滞洪区工程分为Ⅲ等级。按50 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核。库里泡滞洪区集水面积9 632 km2，设计库容2.12亿m3，库里泡滞洪区工程由主坝、西付坝、老山头付坝和新、老2个闸门组成。

2 虹吸工作原理

虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的，即利用水柱压力差，使水上升后再流到低处。由于管口水面承受不同的大气压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的大气压力相等，容器内的水面变成相同的高度，水就会停止流动.利用虹吸现象很快就可将容器内的水抽出。

虹吸引水在水利工程中应用非常广泛，它利用地势高的一侧把水引到另一面相对比较低的地方，库里泡滞洪区的虹吸工程就是利用这个原理把水引到了下游的池塘中。

3 虹吸工程布置

库里泡滞洪区主坝采用均质土坝，选定虹吸施工区域坝顶宽5.0 m，坝顶设20 cm混凝土路面。坝顶高程为138.00，上游坝坡坡比1∶3，采用预制混凝土板护坡，下铺10 cm砂垫层，其下是一层土工布。下游坡比1∶3.5采用天然草皮护坡。虹吸引水工程由进口引水渠道、输水控制段、出口段组成，输水孔洞按照有压孔洞布置，引水渠道按照1∶3的坡比铺设，输水控制段采用1∶5的坡比铺设，出口段采用1∶2的坡比铺设，虹吸引水进口孔洞按照起调水位129.00设计过水流量要求控制，设计进口水位为128.50。

4 过流能力优化设计演算

虹吸孔洞设计流量为0.8 m3/s，有板闸控制过水流量，对应上游滞洪区起调水位129.00时，其下流量应满足下游池塘用水流量设计要求。

当从虹吸孔洞底高程算起的上游水深(1.2倍洞高时，为无压流，此时虹吸不起作用。)1.5倍的洞高时，为有压流。处于1.2～1.5倍水深为半有压流，因此本次过水流量能力应按照下面公式计算:

1)当进口高程为128.50 m时，经过判断当从洞底高程算起的上游水位130.40 m的水深＜1.2倍洞高，属于无压流情况，采用下面公式计算:

式中:Q为流量，m3/s;B为总净宽，m;H0为计入流速水头的堰上总水头，m;M为流量系数，m=0.385;ε为虹吸孔洞侧收缩系数;ε=1-0.2［§k+(n-1)为虹吸引水孔洞形状系数;§为虹0吸出水孔洞形状系数;n为虹吸管根数;b为管直径，m。

2)当从虹吸孔洞底高程算起的上游水深＞1.5倍的洞高时，属于有压力情况，采用下面公式计算:

式中:μ为流量系数，经复核采用0.64;L为虹吸孔洞长度，m;I为泄洪孔洞比降;h为虹吸孔洞直径，m;η为虹吸孔洞出水口水流收缩系数。

3)当从虹吸孔洞底高程算起的上游水深处于1.2～1.5倍的洞高时，属于半有压力情况，采用下面公式

下泄流量计算成果详见表1:

表1 下泄流量计算成果表

5 计算结论

虹吸孔洞设计流量为1.0 m3/s，有板闸控制流量，对应滞洪区最低水位为129.00 m的情况下，实际能下泄流量为1.95 m3/s＞0.8m3/s，满足下游池塘用水流量设计要求。

［1］袁光裕.水利工程施工［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.

［2］刘启钊.水电站:第三版［M］.北京:中国水利水电出版社，2003.