石津干渠藁城段渠道布置方案比选

刘大鹏

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

石津干渠藁城段渠道布置方案比选

刘大鹏

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津300250）

南水北调配套工程石津干渠藁城段利用现有石津灌区总干渠进行改造，现状藁城段因地形落差大而设有多处跌水。配套工程设计选取北庄至故献约10km渠道作为典型渠段，对保留跌水和挖除跌水等方案进行经济、技术比较，论证了保留跌水的渠道布置方案更为经济合理。

南水北调配套；石津干渠；渠道布置；方案比选

1 工程概况

石津干渠工程是河北省南水北调配套工程跨市干渠工程之一，其主要供水对象为石家庄、衡水和沧州地区。干渠工程自南水北调中线总干渠田庄分水口开始，通过新建箱涵连接赵陵铺下游既有灌溉渠道——石津灌区总干渠，利用石津灌区总干渠输水到军齐后分为衡水支线和沧州支线，分别输水至衡水的衡水湖和沧州的大浪淀，线路总长276.42km，年平均南水北调供水量10.5亿m3，灌溉输水量5.96亿m3。

藁城段基本位于石家庄地区的藁城市境内，渠段长30.4km，西起北庄跌水，东至紫城节制闸，渠道右岸紧邻307国道，左岸存在部分村庄。本渠段与石津灌区总干渠结合，通过对原灌溉渠道改造而成，渠道灌溉输水与南水北调供水组合后设计流量145～130m3/s，加大流量155～140m3/s。

2 藁城段渠道现状

石津干渠藁城段位于太行山山前倾斜平原区，地势西高东低，地面高程63.5～44.5m，地形落差大。现状渠道基本为没有衬砌的土质渠道，为避免水流冲刷，降低水流流速，采用了设置跌水以调缓渠道纵坡的设计方案，共设有北庄、良村、故献、梨园庄、郭庄5处跌水，跌差分别为1.92，1.95，1.69，1.64，2.42m。根据渠道多年运用冲淤情况分析，达到了预期设计效果。

藁城段渠道现状纵坡1/3000～1/20000，底宽12～25m，渠底高程57.7～43.0m，堤顶高程64.5～47.5m，边坡基本为1∶2。地质结构类型有黏性土单一结构和上部以黏性土为主、下部为细砂的粘砂双层结构。

3 渠道纵断面比选

为避免水流冲刷，降低水流流速，本工程采用了设置跌水以调缓渠道纵坡的设计方案。

为防渗、减糙，渠道采用全断面混凝土板衬砌，考虑跌水建筑物重建投资较大，因而调陡渠道纵坡、挖除现状跌水成为可行方案。

3.1 方案

为选择合理的布置方案，降低工程投资，根据改造设计原则选取北庄跌水至故献跌水10km渠道作为典型渠段，对保留良村跌水、取消良村跌水和整体挖除良村跌水等3个渠道布置方案进行比较。

3.1.1 保留良村跌水（方案1）

渠道纵坡基本维持现状，不进行大的挖填，只在现状渠道基础上进行局部修整。北庄跌水至良村跌水渠段，长4.841km；其中上游2.897km渠道设计纵坡1/3500，边坡1∶2，底宽20m；下游1.944km渠道已经衬砌，利用原有渠道，渠道设计纵坡1/10000，边坡1∶2，底宽25m。良村跌水至故献跌水渠段，长5.14km，渠道设计纵坡1/3000，边坡1∶2，底宽20m。

本方案对渠底、渠坡分别采用8cm和10cm厚现浇混凝土板衬砌，需拆除重建良村跌水。

3.1.2 取消良村跌水（方案2）

取消良村跌水，北庄跌水下游渠底连接故献跌水上游渠底。全段渠道纵坡1/2095，边坡1∶2，底宽20m。本设计方案良村跌水以上渠道下挖0～0.8m，良村跌水以下渠道回填0～0.8m。

3.1.3 整体挖除良村跌水（方案3）

整体挖除良村跌水，北庄跌水下游渠底连接良村跌水下游渠底。北庄跌水至良村跌水渠道纵坡1/1587，边坡1∶2，底宽20m；良村跌水至故献跌水渠道纵坡1/3000，边坡1∶2，底宽20m。 本设计方案良村跌水以上渠道下挖0～1.6m，良村跌水以下渠道基本维持现状，不进行大的挖填，只在现状渠道基础上进行局部修整。

3个方案渠道纵断面如图1。

图1 渠道纵断面示意图

3.2 水力设计

渠道灌溉流量与配套供水流量叠加后，北庄跌水至良村跌水加大流量155m3/s，良村跌水至故献跌水加大流量145m3/s。

为分析不同设计方案对既有桥梁的影响，根据拟定的不同纵断面方案，采用明渠非均匀流公式推算了渠道改造后加大流量水面线。计算中，未衬砌渠道综合糙率取0.022，混凝土衬砌渠道综合糙率取0.015。

水面线推算成果如表1。

表1 石津干渠藁城段渠道纵横断面设计参数

3.3 对桥梁的影响

北庄跌水至良村跌水渠段，长4.841km；其中上游2.897km渠道设计纵坡1/3500，边坡1∶2，底宽20m；下游1.944km渠道已经衬砌，利用原有渠道，渠道设计纵坡1/10000。

3个方案均为常规渠道或建筑物设计，不存在难以解决的技术问题。但方案2由于良村跌水上游挖深较大，需拆除重建良村桥。

由于桥梁权属单位为公路部门，协调工作量及难度相对较大，施工工期难以掌控，因而方案2不宜作为推荐方案。

3.4 施工

工程施工主要包括土方开挖回填、混凝土衬砌板浇筑、混凝土框格植草护坡等施工。其中渠道贴坡回填土层较薄，若回填土碾压不密实，易造成衬砌板沉降、断裂、滑坡等现象。一旦出现以上问题，不但会增加渠道渗漏量，还会增加渠道糙率影响输水能力，甚至衬砌板被冲毁进而影响渠道边坡稳定，后果严重。基于以上分析，方案1贴坡回填工程量最小，作为推荐方案对保证工程质量最为有利。

3.5 运行管理

3个方案均满足南水北调配套供水及灌溉要求，方案1虽保留良村跌水，但不需配备专门的运行管理人员，因而3个方案管理难度不存在较大差异。

3.6 投资比较

根据3个方案的工程布置对主要土建工程量及投资计算如表2。

表2 3个方案主要土建工程量及投资比较

由表2可知，方案1较方案2及方案3土建投资分别降低864.7万元和499.9万元。从投资角度分析，推荐方案1。

3.7 方案选定

通过各方案对既有桥梁的影响、施工、运行管理及投资等几个方面的比较分析，推荐保留良村跌水方案1。

4 结语

（1）通过典型渠段不同设计方案对跨渠桥梁影响、施工、运行管理及投资等多方面比较，推荐保留原有跌水的渠道纵断面设计方案（方案1），达到了降低对既有建筑物影响、方便施工及运行管理且节省工程投资的设计效果。

（2）本工程在渠道改造设计中有一定的代表性，其结合工程现状、合理利用原有工程的设计方案比选思路，对其他类似工程设计具有一定的参考意义。

［1］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程规划［R］.2007.

［2］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程北庄至晋州西段初步设计报告 （核定稿）［R］.2013.

［3］李炜.水力计算手册（第二版）［K］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［4］吴持恭.水力学（第三版）［K］.北京：高等教育出版社，2003.

［5］谢世良.引洮供水一期工程总干渠纵断面设计［J］.甘肃水利水电技术，2010（10）：22-23.

［6］GB50286—2013，堤防工程设计规范［S］.

［7］SL328—2005，水利水电工程设计工程量计算规定［S］.

Shijin main canal Gaocheng section channel layout scheme comparison

LIU Da-peng
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower,Tianjin 300250,China）

The main canal of the Shijin irrigation district has been transformed into the ShiJin main canal of Gaocheng section of match project of South-to-North water diversion project，the status quo of this section has several drop because of topography changes greatly.The match project design choose BeiZhuang to GuXian as a typical canal section，the channel is about 10 km，make an comparison of retain drop and excavate drop on economic and technical，proved channels layout with reserves drop was more economic and reasonable.

match project of South-to-North water diversion project； Shijin main canal； channel arrangement； scheme comparison

TV68

B

1672-9900（2015）02-0033-04

2015-03-10

刘大鹏（1981-），男（汉族），河北唐海人，工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）022-26154653。