大慶防洪庫里泡虹吸工程過流計算與優化設計

周延明

(大慶地區防洪工程管理處，黑龍江大慶163311)

1 工程位置概況

庫里泡滯洪區位于大慶地區的南部，大慶市、肇源縣和肇州交界處，是安肇新河上最下游的一個較大滯洪區。系作為調蓄安肇新河洪水并將其泄入松花江，以確保庫里泡以下耕地、草原和肇源縣免受洪水災害。其管理所單位隸屬于黑龍江省大慶地區防洪工程管理處，根據水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準(平原、濱海、部分)試行SDJ217—87規范，庫里泡滯洪區工程分為Ⅲ等級。按50 a一遇洪水設計，100 a一遇洪水校核。庫里泡滯洪區集水面積9 632 km2，設計庫容2.12億m3，庫里泡滯洪區工程由主壩、西付壩、老山頭付壩和新、老2個閘門組成。

2 虹吸工作原理

虹吸現象是液態分子間引力與位能差所造成的，即利用水柱壓力差，使水上升后再流到低處。由于管口水面承受不同的大氣壓力，水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊，直到兩邊的大氣壓力相等，容器內的水面變成相同的高度，水就會停止流動.利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出。

虹吸引水在水利工程中應用非常廣泛，它利用地勢高的一側把水引到另一面相對比較低的地方，庫里泡滯洪區的虹吸工程就是利用這個原理把水引到了下游的池塘中。

3 虹吸工程布置

庫里泡滯洪區主壩采用均質土壩，選定虹吸施工區域壩頂寬5.0 m，壩頂設20 cm混凝土路面。壩頂高程為138.00，上游壩坡坡比1∶3，采用預制混凝土板護坡，下鋪10 cm砂墊層，其下是一層土工布。下游坡比1∶3.5采用天然草皮護坡。虹吸引水工程由進口引水渠道、輸水控制段、出口段組成，輸水孔洞按照有壓孔洞布置，引水渠道按照1∶3的坡比鋪設，輸水控制段采用1∶5的坡比鋪設，出口段采用1∶2的坡比鋪設，虹吸引水進口孔洞按照起調水位129.00設計過水流量要求控制，設計進口水位為128.50。

4 過流能力優化設計演算

虹吸孔洞設計流量為0.8 m3/s，有板閘控制過水流量，對應上游滯洪區起調水位129.00時，其下流量應滿足下游池塘用水流量設計要求。

當從虹吸孔洞底高程算起的上游水深(1.2倍洞高時，為無壓流，此時虹吸不起作用。)1.5倍的洞高時，為有壓流。處于1.2～1.5倍水深為半有壓流，因此本次過水流量能力應按照下面公式計算:

1)當進口高程為128.50 m時，經過判斷當從洞底高程算起的上游水位130.40 m的水深＜1.2倍洞高，屬于無壓流情況，采用下面公式計算:

式中:Q為流量，m3/s;B為總凈寬，m;H0為計入流速水頭的堰上總水頭，m;M為流量系數，m=0.385;ε為虹吸孔洞側收縮系數;ε=1-0.2［§k+(n-1)為虹吸引水孔洞形狀系數;§為虹0吸出水孔洞形狀系數;n為虹吸管根數;b為管直徑，m。

2)當從虹吸孔洞底高程算起的上游水深＞1.5倍的洞高時，屬于有壓力情況，采用下面公式計算:

式中:μ為流量系數，經復核采用0.64;L為虹吸孔洞長度，m;I為泄洪孔洞比降;h為虹吸孔洞直徑，m;η為虹吸孔洞出水口水流收縮系數。

3)當從虹吸孔洞底高程算起的上游水深處于1.2～1.5倍的洞高時，屬于半有壓力情況，采用下面公式

下泄流量計算成果詳見表1:

表1 下泄流量計算成果表

5 計算結論

虹吸孔洞設計流量為1.0 m3/s，有板閘控制流量，對應滯洪區最低水位為129.00 m的情況下，實際能下泄流量為1.95 m3/s＞0.8m3/s，滿足下游池塘用水流量設計要求。

［1］袁光裕.水利工程施工［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.

［2］劉啟釗.水電站:第三版［M］.北京:中國水利水電出版社，2003.