新疆白楊河水庫導流兼泄洪洞水力學計算簡介

趙 娜

(新疆水利水電勘測設計研究院 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

白楊河水庫工程位于新疆阜康市滋泥泉子鎮境內，是白楊河上的一座山區水庫，其主要任務是在滿足灌溉的前提下，向工業園區供水，同時兼顧防洪，是一座具有綜合利用效益的水庫工程。主要建筑物有攔河大壩、溢洪道、導流兼泄洪洞等，最大壩高78m。根據工程區地形地質條件，工程由黏土心墻壩、表孔溢洪道、導流兼泄洪洞等組成。根據壩址地形地質條件，在整個河谷布置黏土心墻壩;表孔溢洪道利用河道地形布置在右岸壩肩上，為開敞式正槽，其軸線與壩軸線夾角70°;導流兼泄洪洞布置在左岸，從壩下穿過，為明挖澆筑的壩下埋涵，洞內左側拱腳處布置有工業供水的有壓放水管。

2 計算分析的目的與內容

在導流規劃和導流布置基本確定的前提下，導流洞隧洞水力學計算分析是決定導流隧洞斷面尺寸、導流建筑物的最優組合乃至導流設計標準選擇等的重要依據。因此，導流洞的水力學計算在導流工程設計中占有重要地位，是整個導流工程設計的基礎。

白楊河水庫施工期導流采用河床斷流圍堰、導流兼深孔洪洞泄洪的方式。導流設計洪水標準采用P=10%洪水頻率，相應洪峰流量63.86m3/s。導流建筑物為上、下游圍堰擋水，河床一次斷流，導流兼泄洪洞布置在左岸，從壩下穿過，為明挖澆筑的壩下埋涵，洞內左側拱腳處布置有工業供水的有壓放水管。導流全過程分為圍堰擋水、大壩擋水和后期導流泄洪兼工業供水三個階段。導流泄洪洞除應滿足水庫施工期宣泄設計洪水的要求外，還必須兼顧在明流狀態下工業供水的需要。

白楊河水庫導流洞水力學計算的主要內容有:擬定導流洞斷面尺寸、設計隧洞縱坡和計算導流隧洞的泄流能力。下面對設計原則、方法和步驟以及部分成果作簡要介紹。

3 擬定導流洞斷面尺寸

導流隧洞斷面尺寸與導流標準、導流能力、圍堰高度、出口水流銜接等密切關聯，必須進行綜合的水利經濟分析。斷面形式及尺寸在很大程度上決定于圍巖特性以及地應力分布情況。由于白楊河水庫工程的特殊性，導流洞是埋于大壩之下，鉛直土壓力較大，因此采用圓拱直墻式。

確定隧洞斷面尺寸時，控制水面以上的空間一般不小于洞身面積的15%，頂部凈空高度不小于0.4m。對于高速水流無壓洞考慮摻氣后水面以上一般還要有15% ～20%的空間，并且水面不宜超出直墻范圍。

以校核水位1012.28m(Q=108.1m3/s)控制工況計算的結果見表1。

從表1可知，洞身空間余幅較大。原因是對洞內頂拱腳處設工業供水管有影響，且摻氣后水深不能漫過供水管道支架，使支架浸泡在水中，銹蝕支架。

導流標準選擇為10%的洪水頻率(Q=63.86m3/s)，相應導流洞建筑規模:進口高程968m、斷面尺寸為4.6m×3.0m(高×寬)的導流洞，高21m的上游圍堰。

表1 隧洞斷面計算結果

4 導流洞縱坡設計

在確定了導流洞的斷面尺寸后，即可進行縱坡設計。在設計選定的導流洞斷面尺寸和進口底板高程前提下，盡量加大明流過流能力，減少導流洞在明滿流過渡流態的工作幾率，以優化洞室支護的受力狀態。根據金屬結構的設計，閘井段(樁號0－022.8～0+000)為平坡，樁號0+000以后底坡均設計為陡坡，為避免漸變段過早進入明滿流狀態，該段采用較大的縱坡，使水面呈b2型降水曲線。

根據以上設計原則，針對各級明流流量和不同的假設底坡，分別進行水力學計算，然后進行優選。優選原則為:?在小流量情況下，洞身段的隔斷弗勞德數偏小，且變幅也小;?在大流量情況下考慮摻氣后的水深值沿程盡量相近，且不高于洞身的直墻段，便于有較大的明流過流能力。經過優選和整體協調后，最終選定底坡為1/50，出口底高程為964.20m，洞長為190m。

5 導流洞泄流能力

在確定的導流標準前提下，導流洞的泄流能力在白楊河水庫中有著重要意義。在下游水位不影響導流洞泄流能力的前提下，泄量可由閘孔自由出流的公式計算:

式中 H——由有壓短洞出口的閘孔底板高程算起的上游庫水深;

ε——有壓短洞出口工作閘門的垂直收縮系數;

e、B——閘孔開啟高度和水流收縮斷面處的底寬;

μ——短洞有壓段流量系數，由下式計算:

計算結果見表2。

表2 白楊河導流洞的泄流能力

6 結語

每個工程的導流洞都有其特點，在實際工程中應根據地質情況、水文條件、運行工況等因素采用不同的技術措施，進行技術經濟比較，選擇最佳的設計施工方案。

白楊河水庫導流兼泄洪洞于2010年4月30日開工建設，2010年9月30日完成導流洞主體工程，現主體工程已完成，由于導流洞的建成以后的種種原因，還未正式運行泄水。白楊河水庫的導流洞的設計合理與否，有待實踐的進一步檢驗。

1 華東水利學院.水工設計手冊:第七卷［M］.北京:水利水電出版社，1982.

2 陳德亮.取水輸水建筑物叢書:隧洞［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

3 SL279—2002，水工隧洞設計規范［S］.

4 武漢水利電力學院水力學教研室.水力計算手冊［M］.北京:水利出版社，1980:415.