酥油口水庫引水樞紐中泄槽的設(shè)計(jì)分析

王轉(zhuǎn)周

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅張掖734000）

酥油口水庫引水樞紐設(shè)計(jì)作為酥油口水庫建設(shè)的重要內(nèi)容，是保證酥油口水庫質(zhì)量的重點(diǎn)之一。酥油口水庫引水樞紐設(shè)計(jì)過程中，泄槽的設(shè)計(jì)與處理是其中的一個重要環(huán)節(jié)。其根據(jù)酥油口水庫具體地質(zhì)與水文條件，結(jié)合控制段和出口消能段等結(jié)構(gòu)，調(diào)整泄槽位置以及軸線方向，確保泄槽設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性。

1 酥油口水庫概況

酥油口水庫工程位于甘肅省肅南縣馬蹄鄉(xiāng)境內(nèi)酥油口河出山口以下約2.0 km 處，地處東經(jīng)100°40′17″、北緯38°56′37″，距離張掖市區(qū)約50 km，距離安陽鄉(xiāng)苗家堡村約5 km。庫壩區(qū)道路可與張民公路（張掖—民樂）相連，交通較為方便。酥油口水庫涉及灌區(qū)為甘州區(qū)安陽灌區(qū)，其供水對象為安陽灌區(qū)農(nóng)田灌溉用水、生態(tài)用水、甘肅祁連山水泥集團(tuán)股份有限公司工業(yè)用水以及畜牧園區(qū)灌溉用水。設(shè)計(jì)灌溉面積0.6 萬hm2，其中農(nóng)田0.5 萬hm2，生態(tài)林0.1 萬hm2。酥油口水庫位于酥油口渠首以下2.0 km 的左岸灘地上，屬旁注式水庫。據(jù)民樂縣氣象站多年統(tǒng)計(jì)顯示，該地多年平均氣溫3.8℃，極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-31.5℃，多年平均年降水量352.9 mm，平均年蒸發(fā)量1 652.7 mm，年平均日照時數(shù)2 957.7 h，最大凍土深度177 cm，多年平均風(fēng)速2.9 m/s，多年平均年最大風(fēng)速13.7 m/s，極端最大風(fēng)速達(dá)到22 m/s。

酥油口水庫現(xiàn)狀水平年：2018 年；設(shè)計(jì)水平年：2025 年。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2019）和《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB50282-2016）規(guī)定，城鄉(xiāng)生活供水保證率取P=95%，工業(yè)供水保證率取95%。經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)狀水平年設(shè)計(jì)輸水流量為2.05 m3/s，最大輸水時間為6 月下旬；設(shè)計(jì)水平年設(shè)計(jì)輸水流量為2.13 m3/s，最大輸水時間為7 月下旬。輸水建筑物設(shè)計(jì)流量取設(shè)計(jì)水平年輸水流量，加大流量按30%考慮，則輸水建筑物設(shè)計(jì)流量為2.08 m3/s，加大流量為2.70 m3/s。本設(shè)計(jì)為了與總干渠銜接，水庫輸水洞設(shè)計(jì)輸水流量取4.50 m3/s。

2 酥油口水庫引水樞紐中泄槽的設(shè)計(jì)

酥油口水庫引水樞紐中的泄槽設(shè)計(jì)必須以整個引水工程為基礎(chǔ)，其中涉及渠道分水閘環(huán)節(jié)。引水渠道作為分擔(dān)水庫壓力的重要工程，幫助水庫及時疏導(dǎo)板壩干渠，及時引入水源。結(jié)合酥油口水庫總體布置，分水渠道的引水流量為5.91 m3/s，其中主要包括渠道分水閘、泄槽、消力池等。分水閘設(shè)計(jì)中，要求閘底的高程設(shè)計(jì)為2 331.92 m，水量與風(fēng)速控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，分水閘孔的標(biāo)準(zhǔn)為3.0 m×2.0 m（高×寬）。

2.1 泄槽整體設(shè)計(jì)

泄槽整體設(shè)計(jì)是后期各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，整體設(shè)計(jì)也被稱之為平面設(shè)計(jì)。平面設(shè)計(jì)根據(jù)酥油口水庫結(jié)構(gòu)，盡可能設(shè)計(jì)為直線，如此不僅能夠保證引水渠道的水流運(yùn)行平順，同時還可以有效控制沖擊波等情況。

泄槽段緊接分水閘后，泄槽段是矩形斷面，坡比為1∶3.5，水平長度48.33 m，寬度3 m。入庫陡坡底板厚度0.4 m，邊墻高度2.0 m，采用C25 鋼筋砼現(xiàn)澆，邊墻為C25 鋼筋砼擋土墻結(jié)構(gòu)。

根據(jù)泄槽長度與高度情況，對前沿坡度進(jìn)行測量，制定最合理的消能方式。臺階作為主要消能方法，能夠有效調(diào)整水流阻力，通過紊動及時將沖擊力分散疏導(dǎo)，不僅可以減輕泄槽末端的消力池負(fù)擔(dān)，同時還可以保證泄槽功能性。

2.2 消力池設(shè)計(jì)

根據(jù)泄槽整體設(shè)計(jì)情況，將坡比設(shè)定為1∶3.5，并且選擇矩形斷面，要求長度以及寬度分別控制到50.27 m、3 m。應(yīng)用鋼筋砼現(xiàn)澆的方式，材料為C25鋼筋砼。擋土結(jié)構(gòu)澆筑完畢，計(jì)算入庫陡坡相關(guān)數(shù)值，厚度與邊墻高度分別為0.4 m、2.0 m。消力池位置需處于泄槽末端，地基要求必須為砂礫石材料。擋土墻相關(guān)數(shù)值主要包括頂寬、高，分別為0.4 m、4 m，除此之外還涉及面坡、背坡的比值，約1∶0.2。消力池的作用主要是幫助引水渠道消能，施工方式以下挖式為主。結(jié)合此次工程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與泄槽設(shè)計(jì)研究，要求消力池流量必須達(dá)到5.91 m3/s，同時還要計(jì)算消力池深度，具體計(jì)算見式（1）、式（2）、式（3）：

式中，d 為消力池深度，單位為m；σ0為水躍淹沒系數(shù)，取值為1.05；hc″為躍后水深，單位為m；hc為收縮水深，單位為m；α 為水流動能校正系數(shù)，取值為1.05；q 為單寬流量，取值為1.970 m3/s；b1為消力池首端寬度，取值為3 m；b2為消力池末端寬度，取值為3 m；ΔZ 為出池落差，單位為m；hs′為出池河床水深，計(jì)算數(shù)值為0.73 m。

通過詳細(xì)計(jì)算，得出收縮水深和躍后水深分別為hc=0.13 m，hc″=2.413 m，消力池深挖尺度需達(dá)到2 m，同時消力池的深度為d=1.468 m。隨后還需計(jì)算消力池長度以及水躍長度，具體計(jì)算見式（4）、式（5）：

式中，Ls代表消力池斜坡段水平投影長度，單位為m；β 代表水躍長度矯正系數(shù)，取值為0.75；Lj代表水躍長度，單位為m。

根據(jù)公式計(jì)算準(zhǔn)確得出此次消力池設(shè)計(jì)中，水躍長度為15.8 m，泄槽底板厚度以及邊墻高度分別為0.4 m、4.0 m。與此同時，要嚴(yán)格按照《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253-2000 提供的能量方程，計(jì)算泄槽水力跌水過水能力、入庫陡坡水力。

3 泄槽的減蝕設(shè)計(jì)

泄槽設(shè)計(jì)中，安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要。侵蝕是泄槽最大威脅，為了保證泄槽質(zhì)量，必須從不同的襯砌角度出發(fā)，達(dá)到有效的減蝕目的。首先是巖基位置的襯砌，必須應(yīng)用泄槽設(shè)計(jì)規(guī)定材料，如混凝土、石灰漿或者水泥漿等進(jìn)行襯砌，期間還要注意流速變化。其次是土基位置的泄槽，襯砌期間需要結(jié)合沉降量、襯砌厚度以及接縫處理方法等嚴(yán)格處理，同時還要規(guī)劃好排水管，做好過濾處理，以此避免泄槽出現(xiàn)滲流破壞的現(xiàn)象，從而保證泄槽設(shè)計(jì)安全。

4 結(jié)束語

酥油口水庫引水樞紐中泄槽設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，為了更好地保證泄槽設(shè)計(jì)質(zhì)量，需結(jié)合水庫引水樞紐具體情況、地質(zhì)條件與水文條件，著重進(jìn)行消力池設(shè)計(jì)以及相關(guān)數(shù)值計(jì)算，并且還要保證泄槽設(shè)計(jì)安全，采取有效的減蝕措施，提高泄槽質(zhì)量，為酥油口水庫引水樞紐的正常運(yùn)行提供安全保障。