淺談龍鳳山灌區營城子干渠渠首工程設計要點

□ 李 巖

龍鳳山灌區位于松花江右岸的拉林河支流牤牛河中下游，地理坐標為東經126°40′～127°40′，北緯44°45′～45°15′，是以龍鳳山水庫為主要水源的大型灌區。灌區總面積61.3萬畝，耕地面積45.96萬畝，設計灌溉面積39.7萬畝。現有水田面積31.7萬畝，分為5個區即小山子、光輝、民意、衛國、營城子。其中營城子干渠自牤牛河引水。

營城子渠首工程實施方案設計過程：根據1999年水利部文件，水農[1999]459號《關于開展大型灌區續建配套與節水改造規劃編制工作的通知》，2000年作《龍鳳山灌區續建配套與節水改造規劃》設計，同年通過了上級部門的審批，被列入全國大型灌區之一。2001年五常縣又被納入了全國節水重點縣，《龍鳳山灌區節水續建配套項目可行性研究》是在《龍鳳山灌區續建配套與節水改造規劃》的基礎上進行的，灌區的總體設計布局不變，所有工程以規劃設計為基準。2002年編制了《黑龍江省五常市龍鳳山灌區節水改造與續建配套工程初步設計報告》。2007年在灌區的總體設計布局以可研設計為基準的基礎上，設計營城子渠首工程實施方案。

營城子干渠渠首工程位于龍鳳山水庫下游50km、牤牛河九三公里鐵路橋下游1.3km處。原渠首工程包括進水閘、溢流壩。其中溢流壩原壩長130m，堆石結構，壩高3.0m，壩頂高程163.00m，1973年對壩體進行了整修加固，采用壩頂混凝土、罩面護砌。現壩體塊石脫落嚴重，壩頂沉陷，年年維修，現壩頂高程163.30m，存在安全隱患。進水閘建于2005年，位于攔河壩右岸200m處，孔口尺寸為6孔1.75m×1.5m，底板高程為161.50m，為鋼筋混凝土與漿砌石混合結構，設計引水流量Q=10.42m3/s，工程現狀尚好。

該工程，2008年完成了施工圖設計，2009年開始施工。2010年主體工程完成。2011年投入運行。

一、壩線選擇及工程總體布置

（一）壩線選擇

本次設計新建永久性溢流壩工程，在壩體右側設泄洪沖砂閘1座：起到防洪、沖砂、過冰、控制河道主流等作用。

原壩線處堆石壩無利用價值。在原壩線新建溢流壩、泄洪沖砂閘施工難度較大，因壩體需要全部拆除，同時需要滿足正常引水要求，故不作為比選壩線。

根據渠首工程地形地貌、渠首總體布置、引水灌溉等要求，布置兩條壩軸線。上壩線在原壩線上游60m, 下壩線在原壩線下游150m。2條壩線布設建筑物：左側攔河溢流壩、右側泄洪沖沙閘。上、下壩線比較均不計入進水閘、固灘工程。

上壩線方案：布置在原壩線上游60m處，左側為溢流壩。右側設置泄洪沖砂閘。主要考慮離進水閘引水渠較近；施工期可利用灘地布置場地，利于施工導流。溢流壩長90m,堰頂高程163.30m，泄洪沖砂閘3孔×12m,底坎高程160.00m。

下壩線方案：布置在原壩線下游150m處，左側為溢流壩，右側設置泄洪沖砂閘。河床右側灘地可布置施工場地。溢流壩長90m,堰頂高程163.30m， 泄洪沖砂閘3孔×12m,底坎高程159.00m。

上壩線方案工程投資960萬元。下壩線方案工程投資1105萬元。上壩線比下壩線省145萬元經過比較，選用上壩線方案。

（二）工程總體布置

營城子區渠首位于龍鳳山水庫下游50km，牤牛河九三公里鐵路橋下1.3km處，營城子渠首由進水閘、溢流壩、泄洪沖砂閘及固灘四部分組成。

進水閘2005年建成。設計水位163.25m，設計流量10.42m3/s。

二、溢流壩

進水閘2005年建成。上游設計水位163.25m，下游設計水位163.11m，閘底板高程為161.31m，設計流量10.42m3/s。由溢流壩至進水閘由210m引水渠連接，渠道比降為1/5000。因此堰頂高程選擇163.30m。

（一）結構布置和材料

溢流壩由進口段、控制段、消力池段及海漫段組成，總長91m。設計泄流量585m3/s。

進口段前部渠底高程160.00m，采用0.4m厚雷諾護墊干砌石護砌，長10m。進口段導墻為懸臂式，控制段前渠底采用厚度0.6m的鋼筋混凝土板，護砌長8m,底高程160m。

控制段現狀溢流壩壩頂高程為163.30m，經多年運用，水流順暢，高度合適。本次設計堰頂高程163.30m。長10m，堰體為WES堰，泄流寬度為90m，每10m設一伸縮縫，凈寬90m。堰體底板上下游均設齒墻。

消能選擇底流消能形式。消力池長度12m，底高程159.2m，凈寬度90m。采用分離式，底板為1.2m厚的鋼筋混凝土結構。左、右側采用懸臂式邊墻。

海漫段采用雷諾護墊護砌長34m，厚度0.4m。下設0.15m厚砂礫石，無紡布反濾。末端設拋石結構防沖槽。海漫段兩側護坡坡比為1：2.5，采用0.4m厚雷諾護墊干砌石，下設0.15m厚砂礫石，無紡布反濾。固腳采用混凝土梯型結構，下底寬1m，上底寬0.9m，高1.0m。

（二）設計計算

1.水力計算

堰型設計：采用開敞式WES型實用堰，確定堰面曲線方程為：

雙圓弧曲線參數為：R1＝0.5，Hd=1.2m；a＝ 0.175，Hd=0.42；R2＝ 0.2，Hd =0.48；b=0.282，Hd=0.68。冪曲線在堰頂下游處與半徑為3.04m，圓心角51°的反弧段相切，反弧段在159.20m高程處與消力池底板相切。

泄流能力計算：采用《溢洪道設計規范》（SL253-2000）中開敞式WES型實用堰的泄流能力公式進行驗算，當溢流壩寬度90m,上設人行橋，凈過流寬度B=79.2m時，溢流壩過流能力滿足設計流量要求.

消能計算：計算消力池的長度、深度及底板厚度，海漫段長度，防沖槽深度。

根據上游設計水位，下游設計水位，經計算深度為0.8m，消力池長度18m。消力池底板厚度經計算取值1.20m。海漫長度經計算得到22.98m，設計與沖砂閘海漫段末端相銜接，取長度33m。

2.擋土墻穩定分析計算

進、出口擋土墻均為懸臂式結構型式。進、出口擋土墻的高度不同，取最不利斷面分別計算擋土墻穩定。經過計算，滿足穩定要求。

3.滲透穩定計算

壩基允許滲徑系數為5，上下游最大水頭差為3.3m。

允許滲徑長度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防滲長度為32m，大于允許滲徑長度，滿足防滲要求。

三、泄洪沖砂閘

（一）工程布置

泄洪沖砂閘由進口段、控制段、消力池段及海漫段組成，總長91m。設計泄流量618m3/s。

進口段前部底高程160m。采用0.4m厚雷諾護墊干砌石護砌長10m。進口段導墻為懸臂式，墻頂高程166.45m。控制段前渠底采用厚度0.6m的鋼筋混凝土護砌，長度8m，底高程160m。

控制段根據審查意見及考慮過冰。閘室為3孔，每孔泄流寬度為12m、長8m、寬頂堰，堰頂高程160m。每孔設一伸縮縫，中墩為縫墩。墩頂高程166.45m，上部設2.1 m寬人行廊橋。

消能選擇底流消能形式。消力池長度18m，底高程159.2m，凈寬度42m。采用分離式，底板為1.2m厚的鋼筋混凝土。左、右側為懸臂式邊墻，墻頂高程166.45m。

海漫段長35m,設0.4m厚雷諾護墊干砌石護砌，末段設拋石結構防沖槽。海漫段兩側堤坡坡比為1：2.5，采用0.40m厚雷諾護墊干砌石護砌，護砌長度為38m。

（二）設計計算

泄洪沖砂閘過流能力計算：采用寬頂堰流量公式， B=36m(每孔凈寬12m,分3孔)。過流能力計算結果,滿足設計流量要求。

消能計算：采用底流消能措施,計算包括消力池的長度、深度及底板厚度，海漫段長度，防沖槽深度。依據《水閘設計規范》（SL265-2001）中消能計算公式。經計算，校核水位下為控制情況。設消力池深度0.8m,長度為18m。

海漫長度：校核水位計算長度為33.34m，取海漫長度35m。

防沖槽面積：取防沖槽深度為2m。經計算面積為18.28m2。

控制段（閘室段）穩定計算：控制段（閘室段）采用U型槽結構，中墩分縫，共3孔。選擇其中1孔進行穩定計算。采用《水閘設計規范》SL265-2001中的抗剪強度計算公式計算：校核水位情況下，開閘放水。經計算滿足抗滑穩定要求。

閘室段基底應力：經過計算，滿足穩定要求。

擋土墻穩定計算：進出口擋土墻均為懸臂式結構形式。取最不利斷面進行穩定計算。因為結構與受力條件均與溢流壩部分的相同，計算結果見溢流壩部分，滿足穩定要求。

滲透穩定計算：閘基允許滲徑系數為5，上下游最大水頭差為3.3m。允許滲徑長度L=C×ΔH=5×3.3=16.5m，而防滲長度為28m，大于允許滲徑長度，滿足防滲要求。

四、廊道建筑設計

根據水利設計與環境景觀設計相協調的設計理念，設計啟閉機房及廊道。

廊道坐落于泄洪沖砂閘墩上。廊道總高3.9m。長×寬為52.80m×2.65m。整座建筑仿明清風格，屋面為橙黃色琉璃瓦，朱紅柱身，寶藍色及白色涂料裝飾塊，墨綠色鐵藝欄桿，配以琉璃掛落、雙龍戲珠、戧獸、寶頂、博古等裝飾構件，色彩艷麗，又富于變化，建筑立面處理風格統一。同時，廊亭與周圍翠綠景觀互相襯托，給人端莊、寧靜的美感，同時將生活、工作、休憩等功能有機結合，為渠首增加了一道靚麗的風景。

五、結論

按照以上設計要點，嚴格按照設計規范進行設計。根據工程實際情況進行適當調整，結合設計技術說明，可以滿足施工要求。