黃花灘水利骨干工程3#低壓輸水管道進(jìn)水池設(shè)計方案

蘇桐鱗

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000）

黃花灘水利骨干工程3#低壓輸水管道進(jìn)水池設(shè)計方案

蘇桐鱗

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 蘭州 730000）

黃花灘水利骨干工程位于甘肅省古浪縣黃花灘、西靖兩鄉(xiāng)境內(nèi)，工程新建段均為有壓輸水管道。3#有壓輸水管道通過小流量時，進(jìn)出口渠底高差遠(yuǎn)大于水頭損失值，管道進(jìn)口不能淹沒，致使水以急流狀態(tài)進(jìn)入管道，形成水躍，由于水躍的脈動及摻氣，將引起管身的震動，惡化管道的運行工況。為解決上述問題，在3#有壓輸水管道進(jìn)口設(shè)置進(jìn)水池。進(jìn)水池設(shè)計擬定豎井式和斜坡式兩方案進(jìn)行比選，經(jīng)綜合論證分析后，選擇占地少、工程量省、消能效果較好的豎井式進(jìn)水池方案。

黃花灘；低壓輸水管道；消能井；進(jìn)水池

1 概述

黃花灘水利骨干工程位于甘肅省古浪縣黃花灘、西靖兩鄉(xiāng)境內(nèi)，黃花灘項目在不增加景電二期灌區(qū)提水規(guī)模，不影響民勤輸水及古浪灌區(qū)灌溉用水的前提下，充分利用景電二期工程古浪灌區(qū)節(jié)水改造富余水量，在已有灌區(qū)設(shè)施基礎(chǔ)上，進(jìn)行部分?jǐn)U建延伸，合理開發(fā)黃花灘土壤條件優(yōu)越的部分土地，發(fā)展灌溉面積5747hm2，移民4萬人，在改善古浪縣南部山區(qū)生態(tài)環(huán)境的同時，充分利用黃花灘相對優(yōu)越的自然地理條件，建一個新的生態(tài)移民及扶貧開發(fā)移民區(qū)，用來安置南部山區(qū)自然條件差、經(jīng)濟文化落后地區(qū)的貧困群眾，達(dá)到生態(tài)移民及扶貧開發(fā)的目的，實現(xiàn)人與自然的共贏。

黃花灘骨干工程干渠由原景電二期北干渠、北一支渠改擴建段和有壓輸水管道新建段組成。3#低壓輸水管道位于新建段的二泵站出水池下游。

2 3#低壓輸水管道水力要素

3#低壓輸水管道全長8.42km，通過3#低壓輸水管道加大流量4.17m3/s，設(shè)計流量3.21m3/s，最小流量 1.17m3/s，管道采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管，管徑2.0m。3#低壓輸水管道參數(shù)見表1。

表1 3#低壓輸水管道參數(shù)表

3 3#低壓輸水管道進(jìn)水池設(shè)計方案

因3#低壓輸水管道較長，且運行過程中流量變化頻繁，管道通過加大流量和最小流量時，水頭損失相差較大，當(dāng)通過小流量時，管道進(jìn)出口渠底高差遠(yuǎn)大于水頭損失值，若管道進(jìn)口不能形成淹沒，水以急流狀態(tài)進(jìn)入管道，形成水躍，由于水躍的脈動及摻氣，將引起管身的震動，惡化管道的運行工況。為消除水躍，可將管道進(jìn)水口頂緣布置在管道通過小流量時進(jìn)口計算水位以下，保證一定的淹沒深度，從而利于3#低壓輸水管道安全運行。根據(jù)進(jìn)水池最低水位并考慮一定的淹沒深度后，確定進(jìn)水池底板高程；根據(jù)進(jìn)水池最高水位并考慮一定的安全超高后，確定進(jìn)水池頂高程。

采用長距離、大口徑低壓輸水管道進(jìn)口進(jìn)水池方案在甘肅省尚屬首例。按照《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計規(guī)范》（SL285-2003）規(guī)定，為保證進(jìn)水口內(nèi)為壓力流，最小淹沒深度應(yīng)不小于1.5～2.0m。為此，在結(jié)合工程實際地形、地質(zhì)條件等情況下，設(shè)計兩種有壓輸水管道進(jìn)口進(jìn)水池方案，即豎井式進(jìn)水池方案和斜坡式進(jìn)水池方案。并經(jīng)綜合論證分析比較選擇適宜本工程的進(jìn)水池方案。

圖1 豎井式進(jìn)水池縱剖面圖

3.1 豎井式進(jìn)水池方案

豎井式進(jìn)水池方案把進(jìn)水池分為三段三個區(qū)域：第一段在距進(jìn)水池上游引渠末端2.4m處設(shè)置0.5m厚防沖墻，防沖墻兩端固定在兩側(cè)墻上，阻擋引渠水流形成的小挑流，防沖墻頂部設(shè)置3個管徑為250mm的PVC通氣孔，下端距離池底3.8m，以便水流向前行進(jìn)，此段為強摻氣區(qū)；第二段為在距防沖墻5.6m處的池底上設(shè)置高度為4.3m的向上折流板，并于折流板底部布置3個管徑為250mm的PVC放空管，此段為能量消耗區(qū)；第三段為在距向上折流板5.0m處布置管道進(jìn)口，此段為水流平順區(qū)。由于3#低壓輸水管道的地質(zhì)條件為風(fēng)積細(xì)沙，且進(jìn)口進(jìn)水池頂高程僅略高于地面高程，故對3#低壓輸水管道進(jìn)口進(jìn)水池頂部進(jìn)行封閉設(shè)計，考慮到運行管理方便，進(jìn)水池頂部采用蓋板封閉設(shè)計，并預(yù)留2座檢修進(jìn)人孔。詳見圖1。

3#低壓輸水管道進(jìn)口進(jìn)水池采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土消能井式箱體結(jié)構(gòu)，箱體結(jié)構(gòu)尺寸為：箱體凈長14.0m，凈寬5.0m，井高13.5m。

3.2 斜坡式進(jìn)水池方案

斜坡式進(jìn)水池方案包括長斜坡段和短平直段，過流能力計算及池深確定同跌水式消能井方案。按照《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB50265-2010）規(guī)定，正向進(jìn)水的前池，底坡不宜陡于1∶4。參照此要求，斜坡式進(jìn)水池方案斜坡段底坡選取1∶4，消力池底板與上游引渠渠底高程相差10.7m，則斜坡段水平段長度為42.80m；本工程水源為黃河水，為方便檢修及清淤，在斜坡段下游布置2.0m長的短平直段，作為清淤及檢修平臺。池頂設(shè)計同豎井式進(jìn)水池方案。詳見圖2。

圖2 斜坡式進(jìn)水池縱剖面圖

4 進(jìn)水池方案比選

4.1 兩種方案消能原理

（1）豎井式進(jìn)水池上游引渠水流挑沖向防沖墻遇阻發(fā)散并跌落，并在此過程中摻氣，摻氣水流在進(jìn)水池底部與周圍水體產(chǎn)生強烈摻混區(qū)，并帶動水流在向上折沖板上下與箱式進(jìn)水池之間形成豎向回流，在此過程中，水流與折沖板和進(jìn)水池池壁的摩擦及水流質(zhì)點之間的摻混剪切的方式進(jìn)行，而在3#低壓輸水管道進(jìn)出口水位平衡后，此消能井式進(jìn)水池下部形成5.70m的消力水墊，起到較好的消能效果。

（2）斜坡式進(jìn)水池方案相當(dāng)于陡坡加短消力池形式，消力池長度不足，故在工程運行初始狀態(tài)時消能效果較差，但在3#低壓輸水管道進(jìn)出口水位平衡后，亦形成消力水墊，起到較好的消能效果。

4.2 方案確定

斜坡式進(jìn)水池總長44.80m，長度是豎井式進(jìn)水池長度的3.2倍，寬度兩種方案相同，故斜坡式進(jìn)水池方案占地較豎井式進(jìn)水池方案大，加之斜坡式進(jìn)水池工程投資較大、工期較長、受本工程地形條件影響較大等缺點，本工程不宜采用。豎井式進(jìn)水池方案占地少、工程投資不大、可以保證施工工期，且消能效果良好。綜合考慮各方面因素，本工程推薦豎井式進(jìn)水池方案。

5 結(jié)語

灌區(qū)采用長距離、大口徑有壓輸水管道方案在甘肅省尚屬首例，3#低壓輸水管道為有壓輸水，且管道運行過程中流量變化頻繁，管道通過加大流量和最小流量時，水頭損失相差較大，輸水管道通過小流量時，若進(jìn)水池設(shè)計不當(dāng)，會惡化低壓輸水管道的運行工況，故管道進(jìn)口進(jìn)水池布置和選型為技術(shù)關(guān)鍵點。

3#低壓輸水管道采用豎井式進(jìn)水池方案，從工程布置、結(jié)構(gòu)型式、水力計算、消能原理及效果、運行管理等方面來看，是合理可行的。

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1672-2469（2017）10-0159-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.10.045

2017-04-27

蘇桐鱗（1983年-），男，工程師。