石津干渠趙陵鋪進水閘下游消能設計

魏艷秀

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

石津干渠趙陵鋪進水閘下游消能設計

魏艷秀

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

趙陵鋪進水閘是石津干渠由上游崗南、黃壁莊水庫引水的重要建筑物，其消能安全不僅影響著建筑物自身，同時對石家莊市北防洪大堤也存在一定威脅。根據(jù)工程新的設計工況，對原有消能防沖設施進行復核，同時增設二級消力池，并根據(jù)工程條件限制，在滿足消能要求的前提下盡可能使工程布置緊湊，減小偏流影響，消能充分。

進水閘；消能設計；跌水消能

1 工程概況

石津干渠趙陵鋪進水閘位于石家莊市古城西路趙陵鋪附近，該進水閘穿古城西路，為下游石津干渠的渠首，是石津干渠由上游崗南、黃壁莊水庫引水的重要建筑物，上游為太平河，古城西路為石家莊市的北防洪大堤，防洪標準200年一遇。趙陵鋪進水閘下游消能段位于南水北調配套工程田莊暗渠和趙陵鋪至北莊段的結合部位，原設計屬于田莊暗渠的一部分，由于工程建設不同步，2012年石津渠引水時該閘后沖刷破壞嚴重，兩次出現(xiàn)險情。

2 趙陵鋪進水閘

石津灌區(qū)趙陵鋪進水閘于2006年11月開工建設，2007年2月建成通水。重建進水閘設計流量115m3/s，工程等別為Ⅱ等，建筑物級別2級。進水閘閘前引水位77.52m，太平河正常蓄水位79.80m，100年一遇洪水位81.87m。閘底板高程74.41m，下游渠道底高程73.69m。

進水閘閘室為涵洞式閘室結構，涵洞為五孔一聯(lián)整體式鋼筋混凝土結構，孔口尺寸3m×3.5m。涵洞下游接消力池。消力池為鋼筋混凝土結構，池長21.78m，其中斜坡段長7.28m，水平段長14.5m。消力池深1.4m，底板高程72.49m。下游漿砌石海漫段長25m，水平段長10m，底板高程73.69m。 斜坡段長15m，坡比為1∶15，末端為拋石防沖槽，長7m，頂高程72.69m。下游為1∶5的反坡與下游渠底銜接，渠道底高程73.69m。

南水北調中線配套采用石津干渠輸水工程的實施，將進水閘消力池后挖深3.14m，即渠底高程變?yōu)?0.55m。

3 下游消能設計

3.1 消能段布置

趙陵鋪進水閘原設計下游渠底高程73.69m，南水北調配套石津干渠工程設計渠底高程70.55m，須在現(xiàn)有渠道基礎上將下游渠底挖深3.14m，經(jīng)校核，現(xiàn)狀消能設施不滿足要求?？紤]到趙陵鋪進水閘出口與田莊暗渠出口結構布置，為避免一級消力池消能深挖方對進水閘出口八字墻結構造成破壞，利用現(xiàn)狀消力池作為一級消力池，同時增設二級消力池。對二級消力池，比較了跌水消能和底流消能兩種結構形式。

方案一：跌水消能型式，二級消力池為為鋼筋混凝土整體結構，跌坎高4.64m，坎頂高程與原消力池坎頂高程一致，為73.89m，兩側邊墻墻頂高程76.50m。二級消力池池長14.5m，池深1.3m，底板高程69.25m。跌水末端樁號為渠4+144.00。

方案二：底流消能型式，消力池斜坡段長19.56m，水平段長15m，池深1.55m，底板高程69.0m。跌水末端樁號為渠4+162.36。

田莊暗渠出口位于樁號渠4+144.00～渠4+184.00。通過上述兩方案比較，方案一是在完成消能后引江來水匯入石津干渠，水流流態(tài)較為平穩(wěn)；方案二中田莊暗渠的出口部分位于二級消力池中，二級消力池水躍與暗渠出口水流間沖撞，水流流態(tài)更加紊亂，因此推薦采用跌水消能型式。

田莊暗渠出口水流與趙陵鋪進水閘閘下水流平順銜接。因暗渠出口位于渠坡范圍內，采用圓弧翼墻，為此，趙陵鋪進水閘右岸采用擋墻形式使上下游水流平順連接。為了保證消力池段水流平穩(wěn)，兩側對稱，因此消力池兩側采用直墻結構。

3.2 水力設計

3.2.1 設計條件

黃壁莊水庫放水過程：初始開閘放水流量40m3/s，以后每隔兩天兩夜后放水流量增加，分別為60，80，100，115m3/s。

太平河整治后景觀水位79.80m，閘前水深5.39m。趙陵鋪進水閘工程運用要求：黃壁莊水庫放水同時趙陵鋪進水閘開閘放水，控制閘前水位不低于該閘重建設計要求的閘前引水位77.52m。閘門開啟程序為先中孔再邊孔。開啟高度為第一開度0.2m，待下游水流平穩(wěn)再提閘，以后每級開度增加0.3m。

由于南水北調配套工程石津干渠工程（趙陵鋪～北莊段）實施后，趙陵鋪進水閘下游渠道設計底高程70.55m，閘底板與下游渠底高差達3.86m，故本工程采用二級消力池。

3.2.2 消能復核

趙陵鋪進水閘消能復核考慮閘室上游水位為景觀水位79.80m時，下游無水；運用條件為閘門分級開啟，直至5孔閘門全部開啟，計算閘門在不同開度下的消力池深度。消力池滿水后經(jīng)消力池尾坎向下游溢流，過坎流量按矩形實用堰計算。

閘上水位為景觀水位79.80m，閘門第一開度0.2m時，過閘流量18.4m3/s，消力池尾坎坎上水深H=0.53m，消力池計算深度d=0.90m，現(xiàn)狀消力池深1.40m，滿足一級消力池設計要求。趙陵鋪五孔閘設計流量115m3/s，閘上運行水位77.52m，消力池水平段計算長度10.55m，現(xiàn)狀消力池長14.5m，滿足一級消力池設計要求。

3.2.3 跌水設計

跌水設計采用垂直式跌水墻，進口為等寬矩形缺口，經(jīng)計算，h″c=2.8m＜ht=3.25m，為淹沒水躍。跌水消力池深度1.02m，池長11.1m。設計選取消力池深1.1m，池長14.5m。

3.3 消能分析

一級消力池設計主要完成趙陵鋪五孔閘出口消能，保證水躍完全發(fā)生在消力池以內，以保護趙陵鋪五孔閘出口及兩側八字墻的穩(wěn)定，減少拆除重建工程量；同時滿足二級消力池上游—跌水進口自由出流。二級消力池設計，在滿足設計的輸水泄流能力的條件下，使水流安全平衡地進入下級渠道。其下泄急流在消力池內形成水躍流態(tài)直接影響消能效果，工程設計結合現(xiàn)狀地形、地質條件采用鋼筋混凝土整體結構，兩側為直墻，較好地將水流約束在消力池內，避免產(chǎn)生空間水躍和立軸漩渦，保證消力池內水躍的消能作用。

4 結語

（1）由于南水北調配套石津干渠工程的實施，使趙陵鋪進水閘下游渠道下挖深度達3.14m，趙陵鋪進水閘下游形成陡坡。由于工程建設不同步，2012年放水時下游消能不充分致使該閘下沖刷破壞嚴重。

（2）根據(jù)工程新的設計工況，對原有消能防沖設施進行復核，增設二級消力池，并根據(jù)工程條件限制，在滿足消能要求的前提下盡可能使工程布置緊湊，減小偏流影響，消能充分，以減小對田莊暗渠出口水流影響。

（3）工程建成后，已經(jīng)經(jīng)受了2013年春灌、秋灌放水檢驗，放水過程中及放水最大流量達到設計流量，消能效果良好。

［1］SL265—2001，水閘設計規(guī)范［R］.

［2］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程石津干渠工程可行性研究報告［R］.2011.

［3］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程石津干渠工程田莊暗渠初步設計報告［R］.2012.

［4］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省南水北調配套工程石津干渠工程趙陵鋪至北莊段初步設計報告［R］.2011.

［5］李煒.水力計算手冊（第二版）［M］.北京:中國水利水電出版社，2011.

［6］劉韓生，花立峰，紀志強，等.跌水與陡坡［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

Downstream Energy Dissipation Design of Zhaolingpu Entrance Gate in the Shijin Main Canal

WEI Yan-xiu

（Hebei Research Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，TianJin 300250，China）

Zhaolingpu entrance gate is the important buildings of water diversion by Shijin main canal to the upstream of Gangnan and Huangbizhuang reservoir， the energy dissipation safety not only affects the building itself， at the same time also there is a threat to Shijiazhuang north levees.According to the engineering working condition of the new design，the original energy dissipation impingement facilities for review，at the same time adding secondary stilling basin，and according to the engineering conditions，as far as possible under the premise of meeting the energy dissipation requirement engineering layout is compact， reduce the bias current impact， energy dissipation fully.

entrance gate;energy dissipation design;existes energy dissipation

TV222；TV66

B

1672-9900（2014）01-0028-03

2013-10-21

魏艷秀（1972-），女（漢族），河北盧龍人，高級工程師，主要從事水利水電工程設計工作，（Tel）13752792258。