顺河街引水渠改造项目水闸工程设计

冯 凯

（封丘县水利局，河南 封丘 453399）

1 概况

封丘县位于豫北平原东部，黄河北岸，新乡市东部，区域优势突出。西靠国道107 公路，北依新菏铁路，大广高速公路横贯南北，南临开封黄河公路大桥。全县东西长48.70 km，南北长38.20 km，总面积1 225.50 km2，是农业大县，农业生产条件优越。

2 气象与地质

2.1 气象

县域属暖温带半湿润气候，具有大陆性季风气候的特点。多年平均降水量609.10 mm，年际变化大，年内降水量季节分配不均，多集中在夏季，降水量分布自西向东呈递增趋势；冬季主导风向为北风，夏季主导风向为偏南风。

2.2 地质

勘察区属黄河冲积平原区，整体地势西南高东北低，地面高程82.00～72.60 m。顺河街引水渠现有河道呈宽浅“U”形，河道较顺直，河道宽窄不一，河底宽8～12 m，深5.50～6.00 m，河底高程76.20～73.80 m，场区内地势较平坦。

3 顺河街引水渠改造项目建设内容

3.1 引水渠渠道清淤疏浚

①顺河街引水渠（0+000～11+986）11.986 km 渠道断面扩挖、清淤、渠堤整修。②于店引水渠（0+000～3+080）3.08 km渠道断面扩挖、清淤疏浚。

3.2 厂门口总干渠渠道清淤疏浚和水闸修建

厂门口总干渠1.20 km渠道清淤疏浚；厂门口干渠3.016 km渠道清淤整修衬砌；重建新建各类建筑物共2 座，其中顺河街防沙闸1座、东干渠入天然七支四斗退水闸1座；厂门口干渠进水闸、堤湾干渠进水闸和加斗渠进水闸闸墩加高。

4 水闸工程设计

4.1 设计流量规模

根据此工程规划，顺河街防沙闸按原设计流量23.30 m3/s进行拆除重建，东干七支四斗退水闸设计流量取该段干渠设计流量为5 m3/s。

4.2 水力计算与设计

4.2.1 闸孔总净宽计算

根据闸孔过流能力确定闸孔净宽。根据水闸设计规范，对于平底闸，当堰流处于高淹没度（hs/H0≥0.9）时，闸孔总净宽也可按下式计算：

式中：B0—闸孔总净宽（m）；Q—过闸流量（m3/s）；g—重力加速度，g=9.81 m/s2；H0—计入行近流速水头的堰上水深，H0=H+V02/2 g（m）；hs—由堰顶算起的下游水深（m）；μ0—淹没堰流的综合流量系数。

按规定采用该式对闸孔总净宽进行校核。根据不同水闸运行的实际工况，综合确定节制闸、进水闸孔总净宽按淹没宽顶堰计算成果取定，退水闸闸孔总净宽按宽顶堰计算成果取定。计算及取定的设计孔数、孔宽成果详见表1。

表1 防沙闸、退水闸水力计算成果表

4.2.2 防渗排水设计

防渗排水设计采用勃莱法初拟闸基防渗长度：

式中：L—闸基最小防渗长度（m）；C—允许渗径系数，闸基土为砂壤土，有反滤层，取C=5～9；ΔH上、下游水位差（m）。

按最不利情况，上游最高挡水位，下游渠道无水，考虑到排水反滤层失效的可能性，适当加大渗径系数，取C=8.00～8.50。根据初步拟定的闸基防渗长度，进行闸基轮廓布置。设计成果详见表1。

4.2.3 消能防冲设计

为了消除过闸水流对下游渠道的冲刷，拟在闸后采用消力池消能。消力池深度按下式计算：

式中：d—消力池深度（m）；σ0—水跃淹没系数，采用1.05；hc″—跃后水深（m）；hc—收缩水深（m）；α—水流动能校正系数，采用1；q—过闸单宽流量（m2/s）；b1—消力池首端宽度（m）；b2—消力池末端宽度（m）；TO—由消力池底板顶面算起的总势能（m）；ΔZ—出池落差（m）；hs′—出池渠道水深（m）。

消力池长度按下式计算：

式中：Lsj—消力池长度（m）；Ls—消力池斜坡段水平投影长度（m）；β—水跃长度校正系数，可采用0.70～0.80，此设计取0.75；Lj—水跃长度（m）。

根据效能计算综合取定设消力池或不设消力池，以及消力池长、池深。经计算d=0.62 m，Lsj=9.27 m。设计取值详见表1。

4.3 结构布置

4.3.1 顺河街防沙闸

拆除重建顺河街防沙闸位于顺河街引水渠桩号K1+392。该闸顺河街防沙闸3孔，单孔净宽2.50 m，采用开敞式结构，带交通桥。布置分为上游连接段、闸室段、下游连接段。①上游连接段主要包括素混凝土护坡、底板和钢筋混凝土弧形翼墙。护坡及底板采用C20混凝土，护坡段长15 m；底板段长15 m，宽10.50 m，厚0.50 m，上游端底部设齿墙，齿墙深0.50 m，底宽0.50 m。②闸室段闸底板和闸墩均采用C25钢筋混凝土，墩顶设钢筋混凝土便桥、交通桥、排架及启闭机平台，启闭平台梁板为现浇梁板结构，平台以上为启闭机室。闸室段长11 m，宽12.50 m，闸为三孔，净宽2.50 m，闸底板高程74.35 m，顶部高程82.63 m。③下游连接段主要包括消力池、浆砌石海漫、抛石防冲槽和渠道护坡段。闸室出口设消力池，C25钢筋混凝土消力池长度15.30 m，底板厚0.60 m。海漫末端为抛石防冲槽，长4.50 m，深1.50 m。渠道护坡段C20混凝土护坡，长30.30 m，右岸厚0.12 m，坡度1∶2.50；左岸厚0.30 m，坡度1∶1.50，于边坡中部设分缝及齿墙提高护坡稳定性。

4.3.2 东干渠入天然七支四斗退水闸

新建退水闸位于东干渠与天然渠七支四斗渠相交处，设计退水流量5 m3/s，箱涵带跌水结构。该闸平面布置分为进口段、闸室段、箱涵段、跌水段、下游护坡段。①上游连接段主要包括混凝土护底和混凝土挡墙。混凝土护底7.95 m，底宽由2.50 m至8.23 m，护底厚0.20 cm，前端设齿墙，齿墙深0.30 m，两岸挡墙为C25混凝土八字翼墙。②闸室段长4 m，宽3.70 m，闸为单孔，净宽2.50 m。闸室底板厚0.60 m，下设C15 混凝土垫层厚0.10 m，底板前后各设一道齿墙，齿墙深0.30 m，底宽0.30 m。③箱涵尺寸根据闸孔尺寸确定，共设一段，长6.45 m，两端各设一道齿墙，齿墙深0.20 m，宽0.30 m，箱涵为C25钢筋混凝土结构。④涵闸出箱涵段后下游连接段设跌水深度2 m，跌水采用C25钢筋混凝土结构，底板厚度0.50 m，设排水孔及反滤层，尾部身尾坎，宽0.50 m深0.50 m配面层筋。

5 总结

综上所述，在进行顺河街引水渠改造项目过程，文章详细计算与设计了水闸工程，以保证水闸的工程质量。此项目的实施，改善了供水和灌溉条件，农作物得到适时适量灌溉，提高了农作物产量，有效提高渠道水利用系数，提高水资源利用率，确保引水渠的通常，满足人们的日常用水及农业灌溉需求。