二甲溝水庫(kù)放水洞布置與優(yōu)化設(shè)計(jì)

王 藤，杜 江

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

1 樞紐概況與總體布置

1.1 樞紐概況

二甲溝水庫(kù)是一座以農(nóng)田灌溉為主，兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖和旅游等綜合利用的中型水利樞紐工程。農(nóng)業(yè)灌溉及環(huán)境用水通過(guò)輸水洞放入渠道和河道，二甲溝水庫(kù)放水洞洞線選擇，根據(jù)二甲溝水庫(kù)下壩址地形、地質(zhì)條件，考慮整個(gè)樞紐的布置情況，根據(jù)地質(zhì)、地形條件，下壩址放水洞線長(zhǎng)度156 m，進(jìn)水口位于壩線上游約98 m處，洞軸線走向190°。

1.2 工程總體布置

二甲溝水庫(kù)放水洞在布置上為有壓隧洞，布置在壩址右岸山體內(nèi)，主要由進(jìn)水口、放水洞、放水洞出水口共3部分組成。水庫(kù)正常蓄水位為149.00 m，死水位為134.50 m，放水洞的最大流量為24.49 m3/s，考慮泥沙淤積﹑進(jìn)口淹沒(méi)深度等綜合因素，進(jìn)水口底坎高程取130.00 m。在進(jìn)水口設(shè)有孔檢修閘門，閘門孔口寬2.6 m，高2.6 m;進(jìn)水口閘門段總長(zhǎng)7.0 m，寬5.6 m，墩厚均為1.5 m，操作平臺(tái)高程151.10 m，隧洞從樁號(hào)0+000～0+156，洞徑為2.6 m，圓形斷面，混凝土襯砌，隧洞縱坡i=1/100，放水洞出口設(shè)置一道弧形工作閘門，閘門孔口尺寸為2.2 m×2.2 m(寬 ×高)，底板高程128.70 m，隧洞出口的水流采用底流消能，消力池進(jìn)口寬2.2 m，出口寬度6.0 m，池長(zhǎng)30 m，池深3.0 m，池底高程125.70 m，消力池采用整體式鋼筋混凝土U形槽結(jié)構(gòu)，消力池出口銜接的漿砌石尾水渠道長(zhǎng)度135 m，尾水渠邊坡比1∶2，底寬6.0 m，放水洞進(jìn)水口銜接的引水渠長(zhǎng)45.0 m，引水渠邊坡比 1∶2，底寬5.6 m。

2 放水洞過(guò)流計(jì)算

根據(jù)放水洞泄量，以放水洞最大泄量驗(yàn)算過(guò)流能力，經(jīng)比較，放水洞流量最大為24.49 m3/s，由于考慮水庫(kù)在死水位134.50 m為最不利的時(shí)候，放水洞過(guò)流計(jì)算

2.1 進(jìn)口淹沒(méi)水深計(jì)算

已知死水位為134.50 m，有壓進(jìn)水口應(yīng)低于運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水位，要有一定的淹沒(méi)水深，以避免進(jìn)水口前出現(xiàn)漏斗狀吸氣漩渦，在淹沒(méi)水深上，通常采用戈登公式計(jì)算為:式中:Scr為進(jìn)水口處低于死水位的臨界淹沒(méi)水深;d為閘門的孔口凈高度;C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù);V閘門斷面的水流速度，m/s;經(jīng)過(guò)計(jì)算取安全淹沒(méi)深度Scr=1.9 m。

2.2 管道有壓出流水力計(jì)算

按有壓出流能力計(jì)算，公式為:

式中:H為上下游水頭差，m;μ為流量系數(shù);s為隧洞斷面面積，s= πD 2/4。

計(jì)算結(jié)果為:選擇洞徑 D=2.6 m，放水洞過(guò)流量24.80m3/s，滿足要求。

3 放水洞消能計(jì)算

按最高水位和過(guò)流能力最大情況計(jì)算放水洞的消能工況，該消能采用為底流消能，底流消能消力池池深與池長(zhǎng)計(jì)算公式為:

式中:d為池深;σ為水躍淹沒(méi)系數(shù);hc為池中發(fā)生臨界水躍時(shí)的躍后水深;hc1為池中發(fā)生臨界水躍時(shí)的躍前水深;ht為消力池出口下游水深;ΔZ為消力池尾部出口水面跌落;q為流量;b為消力池寬度;φ為消力池出口段流速系數(shù);L為水躍的長(zhǎng)度。

經(jīng)過(guò)計(jì)算:消力池長(zhǎng)28 m，池深3.0 m，滿足底流消能要求。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)二甲溝水庫(kù)放水洞詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)建筑物的泄流情況進(jìn)行精確計(jì)算，放水洞滿足流量設(shè)計(jì)要求，并達(dá)到最優(yōu)化的斷面去滿足最大的過(guò)流的能力的需要，最大限度的節(jié)省工程投資。

[1] 黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省通河縣二甲溝水庫(kù)項(xiàng)目建議書報(bào)告[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011:15，179-212.