西泉眼灌区兴隆渠首设计浅析

付　强

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



西泉眼灌区兴隆渠首设计浅析

付强

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：兴隆渠首位于西泉眼灌区兴隆分灌区，老兴隆渠首包括拦河坝、冲沙闸，其拦河坝为临时性堆石坝，标准低、坚固性差，故考虑重建拦河坝、泄洪冲沙闸，新建固滩工程。文章对兴隆渠首拦河坝坝线位置及枢纽总体布置方案分别进行了方案比选，并进行了过流能力计算、消能防冲计算、稳定计算和渗流稳定计算。最后给出了工程布置方案。

关键词：渠道设计；拦河坝；冲沙闸；工程布置；方案比选

1工程概况

黑龙江省哈尔滨市西泉眼灌区位于阿什河两岸的河滩地与高漫滩地，地理位置在E45°15′～45°50′，N126°43′～127°20′范围内[1]。西泉眼灌区分为7个分灌区，分别为民合、双丰、河东、新香坊、兴隆、西川、红星分灌区。兴隆分灌区现状灌溉面积867 hm2，规划灌溉面积227 hm2。兴隆渠首位于兴隆分灌区，老兴隆渠首包括拦河坝、冲沙闸，其拦河坝为临时性堆石坝，标准低、坚固性差，本次兴隆渠首设计考虑重建拦河坝、泄洪冲沙闸，新建固滩工程。

2兴隆渠首建筑物级别及防洪标准

根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)，引水枢纽工程等别根据引水流量的大小确定工程等别，兴隆渠首枢纽设计引水流量2.49 m3/s，加大引水流量3.11 m3/s，工程等别为Ⅳ等，建筑物级别为主要建筑物4级，次要建筑物5级，相应设计防洪标准为10 a一遇，校核防洪标准为30 a一遇，冲沙闸、拦河坝建筑物级别均为4级[2]。

3兴隆渠首拦河坝坝线位置方案比选

本次设计为兴隆渠首工程改造，在兴隆干渠及进水口位置确定的基础上，对渠首枢纽总体布置进行上下坝线2个方案的比选，方案1为原址拆除重建方案，方案2为在原址向下游移动20m方案。两个方案都是在河床左侧布置冲沙闸，在河床右侧布置挡水溢流建筑物，在河滩地上采取固滩工程措施。

本工程坝线比选以工程投资较省、施工方便、泄流流态好为比选原则，经过综合比较，然后选择坝线，现比较如下：

3.1地形地质条件

上下坝线地形地质条件相差不大，上坝线固滩工程长度略长。

3.2施工条件

上下坝址施工场地均较开阔，利于施工布置，其他施工方面，情况基本相同。

3.3泄流流态

上坝线位于引渠的顶端，进水流态不够平顺，下坝线位于引渠顶端的下游侧，与引渠形成一个鱼嘴，使泄流流态趋于平稳顺畅，对下游冲刷影响小。

综合上述各方面条件，上下坝线工程布置上基本一致、地形地质、施工条件基本一致，泄流流态方面下坝线方案优于上坝线，水流较平顺、对下游消能防冲有利，且下坝线固滩工程长度略短，因此，本次设计选定下坝线为拦河坝设计坝线。

4兴隆渠首枢纽总体布置方案比选

在选定的下坝线基础上，枢纽总体布置需进行2个方案的比选，方案1为闸坝结合方案，方案2为全闸方案。方案1的泄水建筑物包括溢流坝、泄洪冲沙闸及河滩地，方案2的泄水建筑物包括泄洪闸及河滩地。

方案1：闸坝结合方案。

闸坝结合方案是指既有闸也有坝的枢纽布置方案，为增大枢纽的泄流能力，坝型采用实用堰型式。泄洪冲沙闸宽度根据工程经验取河道总过水净宽度的1/10～1/3，宽度取10m，冲沙闸溢流坝长40m，其余滩地部分采取固滩工程措施。

方案2：全闸方案。

全闸方案是指没有坝只有闸的枢纽布置方案。泄洪冲沙闸宽度根据河床宽度取50m，其余滩地部分采取固滩工程措施。

对两个枢纽总体布置方案进行投资比较,详见表1。

表1　枢纽总体布置方案投资比较表

从表1可以看出闸坝结合方案比全闸方案节省投资139万元。而且闸坝结合方案在天然来水量不是很大的情况下，可以通过溢流坝泄流，而不需要开启闸门，管理方便，也减少了闸门的开启次数。综合以上比较，本次设计兴隆渠首枢纽总体布置选取闸坝结合方案。

5设计计算

5.1过流能力计算

拦河坝、泄洪冲沙闸过流能力计算公式，采用《水闸设计规范》(SL265—2001)中计算公式[3]：

(1)

式中：H0为计入行近流速的堰上水深，m；g为重力加速度，m/s2；m为流量系数，取0.385；B0为溢流堰净宽，m；σ为堰流淹没系数；ε为堰流侧收缩系数。

固滩过流能力计算采用《水力计算手册》推荐公式计算：

(2)

式中：Q为流量，m3/s；A为过水断面面积，m2；C为谢才系数；R为水力半径，m；i为河道比降。

计算结果见表2。

表2　拦河坝、冲沙闸、固滩过流能力计算成果表

经验算，过流能力满足设计要求。

5.2消能防冲计算

采用底流消能，消能防冲计算如下：

5.2.1消力池深度计算

计算公式采用《水闸设计规范》(SL265—2001)推荐公式计算[3]。

(3)

式中：d为消力池深度，m；σ0为水跃淹没系数，采用1.05；hc″为跃后水深，m；b1为消力池进口宽度，m；b2为消力池出口宽度，m；α为水流动能校正系数，采用1.05；q为过闸单宽流量，m2/s；T0为由消力池底板顶面算起的总势能，m；ΔZ为出池落差，m；hs′为出池河床水深，m。

5.2.2消力池长度计算

Lsj=Ls+βLj

Lj=6.9(h″c-hc)

(4)

式中：Lsj为消力池长度，m；Ls为消力池斜坡段水平投影长度，m；β为水跃长度校正系数，采用0.7；Lj为水跃长度，m。

5.2.3海漫长度按下式计算

(5)

式中：Lp为海漫长度，m；qs为消力池末端单宽流量，m2/s；Ks为海漫长度计算系数，根据地质资料取12。

消能防冲计算结果见表3。

5.3稳定计算

闸室、挡土墙沿基底面抗滑稳定的安全系数及基底应力按下列公式计算：

(6)

计算成果见表4、5。

表3　渠首枢纽建筑物消能计算成果表

表4　拦河坝闸室稳定计算成果表

表5　拦河坝挡土墙稳定计算成果表

由表5可知，闸室、挡土墙最大基底应力不大于地基承载力，大小应力比满足规范要求；抗滑稳定安全系数大于规范允许值1.2，故闸室、挡土墙稳定能够满足设计要求。

5.4渗透稳定计算

新建泄洪冲沙闸、溢流堰基础坐在级配不良细砾上，根据地质报告，允许渗透比降建议值J允取0.20。泄洪冲沙闸、溢流堰底部轮廓总长为21 m，上下游最大水头差为1.40 m，经计算水平段渗流坡降值为0.07，小于允许渗透比降值0.2，故满足渗流稳定要求。

6兴隆渠首工程布置

拦河坝由进口段、低堰闸室段、消力池段及海漫段组成，顺水流方向总长70m。进口段底板顶高程163.00m，长10.0m，采用0.3m厚雷诺护垫护砌，下设砂砾石20 cm、无纺布一层。闸室采用低堰型式闸室底板，低实用堰，堰顶高程164.40 m，长7.0 m，宽40 m，每10 m设一伸缩缝。消力池段采用分离式结构，长度14.0m，池深1.0m，底板为1.0m厚的钢筋混凝土结构，左侧与泄洪冲沙闸共用导墙，右侧采用悬臂式挡墙，墙顶高程166.09 m。海漫段长39 m，采用0.3 m厚雷诺护垫护砌，下设砂砾石20 cm、无纺布一层；末端设抛石结构防冲槽。

泄洪冲沙闸由进口段、闸室段、消力池段及海漫段组成，顺水流方向总长70m。进口段底板顶高程163.00m，长10.0m，采用0.3m厚雷诺护垫护砌，下设砂砾石20cm、无纺布一层。闸室段为钢筋混凝土平底板整体式U型槽结构，长7.0m，闸底槛高程163.00m，单孔净宽5m，共2孔，总净宽10m，中墩厚度1.0m；闸底板厚1.2m，边墩厚1.0m；闸孔内设一道工作闸门，闸上设有工作桥、人行桥，人行桥面高程为167.09m，桥宽3.0m，工作桥启闭平台高程为170.59m。消力池段采用钢筋混凝土U型槽结构，长度14m，深1.0m。海漫段长39m，采用0.3m厚雷诺护垫护砌，下设砂砾石20cm、无纺布一层；末端设抛石结构防冲槽。

固滩工程采用雷诺护垫护砌结构，垂直水流方向长190m，固滩顶高程164.90m，顶宽3m，上游边坡1∶3，下游边坡1∶8，下游15 m范围内采用雷诺护垫护底。

参考文献：

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省西泉眼灌区续建配套与节水改造工程实施方案报告(2012年度)[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2012.

[2]中华人民共和国水利部.GB50288-99灌溉与排水工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，1999.

[3]中华人民共和国水利部.SL265-2001水闸设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

中图分类号：TV641.4

文献标识码：B

[作者简介]付强(1988-)，男，吉林长春人，助理工程师。

[收稿日期]2015-09-21

文章编号：1007-7596(2016)01-0084-03