輸水斜臥管在水浴水庫中的應(yīng)用

□李志強 □付驗林 □康 鋒（河南省豫北水利勘測設(shè)計院）

0 引言

我國現(xiàn)狀許多小型水庫無溢洪道，或者泄洪能力嚴重不足，對大壩防洪能力有較大影響，為保證洪水能安全下泄，根據(jù)水庫現(xiàn)狀情況，可以采用斜臥管來滿足泄洪要求。

文章通過實際應(yīng)用，表述如何根據(jù)水庫實際情況及數(shù)據(jù)來計算并確定斜臥管結(jié)構(gòu)及尺寸。

1 工程概況

水浴（迎豐）水庫位于河南省安陽縣蔣村鄉(xiāng)水浴村西北的安陽河支流上，是安陽縣躍進灌區(qū)引蓄配套重點工程之一。該庫區(qū)屬丘陵地區(qū)，植被較差，是一座以防洪、灌溉為主的小（1）型水庫。水庫控制流域面積1.10km2，總庫容為115 萬m3，設(shè)計灌溉面積200hm2。水庫的安危也直接涉及到下游水浴、張賈店兩個村莊群眾的生命財產(chǎn)安全及1.50km 處安姚公路的安全。

水庫興建于1976年1月，1978年12月建成投入使用。水庫主要建筑物有大壩、輸水洞等。

水浴水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程203.00m，最大壩高16.30m，壩長282m，壩頂寬4.00m，未設(shè)防浪墻，壩頂?shù)缆窞橥谅贰４髩巫詨雾斚蛳拢嫌芜吰聻?：3.50，下游邊坡為1：3.50。

輸水洞位于壩體左側(cè)，樁號0+047，進水口采用階梯式斜臥管控制，輸水洞洞身為城門洞形，頂部混凝土結(jié)構(gòu)，邊墻及底部為漿砌石結(jié)構(gòu)，斷面尺寸1.20m×1.70m，輸水洞洞口底高程192.77m，洞長100m，最大輸水量3.25m3/s。

水庫現(xiàn)狀無溢洪道，為保障壩體安全，在壩體左側(cè)開挖了一道豁口，作為臨時泄洪通道。但水庫運行多年，該豁口從未運用過。

2 斜臥管布置

由于水庫現(xiàn)狀無溢洪道，為保證洪水能安全下泄，根據(jù)水庫現(xiàn)狀確定在輸水洞左側(cè)建斜臥管。斜臥管頂部設(shè)泄洪口，管身為泄流槽形式，管尾設(shè)消能池并連接輸水洞，最后通過輸水洞泄洪。

2.1 斜臥管結(jié)構(gòu)形式

由水工結(jié)構(gòu)設(shè)計確定斜臥管孔口尺寸，斜臥管孔口寬度與泄槽部分寬度相同；泄槽底部坡度應(yīng)取1:2～1:3，本工程結(jié)合上游庫岸地形條件，斜臥管底坡采用1:3.00。臺階高差一般為0.30～0.50m，本工程依據(jù)水位及庫底高程確定臺階高差為0.40m。

2.2 斜臥管放水孔徑確定

根據(jù)調(diào)洪演算，斜臥管頂泄洪口頂高程為200.38m。斜臥管泄洪時，泄洪口最大流量取輸水洞最大流量為3.25m3/s 計算，斜臥管頂泄洪口尺寸為1.10m×0.60m。

斜臥管共設(shè)14 級放水孔，級差0.40m，各級水孔高程分別為200.09，199.69，199.29，198.89，198.49，198.09，197.69，197.29，196.89，196.49，196.09，195.69，195.29，194.97m。

斜臥管放水孔按孔口出流公式計算。

開啟一級放水孔，計算公式為:

同時開啟兩級放水孔為：

同時開啟三級放水孔為：

式中：d—放水孔直徑，m；Q—放水流量，按灌溉流量0.50m3/s。計算；H1、H2、H3—孔上水深，m，計算時取一級孔上水深0.29m，二級孔上水深0.69m，三級孔上水深1.09m。

經(jīng)計算，同時開啟三級放水孔時，放水孔徑為0.30m。

2.3 斜臥管斷面尺寸確定

結(jié)合庫岸地形條件，斜臥管底坡采用1:3.00，矩形斷面。

考慮原輸水洞不拆除，利用最大流量為3.25m3/s 計算。管內(nèi)水流近似于明渠均勻流,水力計算求出正常水深。計算公式如下:

式中：Q加－斜臥管過水流量，3.25m3/s；A－過水斷面積，m2；C－謝才系數(shù)；R－水力半徑；N－糙率，n=0.03；i－底坡，i=1/30。

經(jīng)試算斜臥管內(nèi)寬度b=1.10m 時，正常水深為h0=0.12m。為保證放水孔水流跌落斜臥管時，水柱的躍高不致淹沒進水孔底緣，使斜臥管內(nèi)不形成壓力流，按照規(guī)范對于方形臥管，其高度應(yīng)為斜臥管正常水深的3～4 倍，斜臥管高0.48m，為方便斜臥管檢修，斜臥管高取0.60m。

2.4 斜臥管結(jié)構(gòu)設(shè)計

斜臥管施工根據(jù)就地取材的原則，斜臥管外側(cè)擋土墻采用M7.50 漿砌石擋土墻,內(nèi)側(cè)采用60mm 厚C20 混凝土襯砌，圓蓋板厚20cm，采用C25 鋼筋混凝土預(yù)制、砌筑。

結(jié)合庫岸地形條件，斜臥管管底坡度采用1:3.00，矩形斷面，寬1.10m，高0.60m。

2.5 斜臥管消力池設(shè)計

斜臥管與輸水洞連接處設(shè)消力池，以便水流平順進入輸水洞。

2.5.1 消力池水力計算

方形斜臥管消力井水力計算主要確定池深和池長，計算公式如下：

式中：Q－單寬流量，20年一遇洪水泄洪流量，單寬流量1.60/1.10＝1.45m3/s；h2－第二共軛水深m；h0－斜臥管正常水深，0.12m；α－流速不均勻系數(shù)，α＝1.10；G－重力加速度，g=9.81m2/s。

計算得第二共軛水深h2為1.84m.

池深計算采用簡化計算法：

式中：d－消力井深，m；σ－取1.05；h2－消力井下游水深m，1.84m；h－緊接消力池出口的下游水深，取平洞正常水深1.36m。

將以上有關(guān)數(shù)值代入公式計算得：d=0.57m，消力池深取為0.60m。

池長計算：

Lk=（3～5）h2

式中：Lk－自由水躍長度，m；h2－第二共軛水深m，1.84m。

經(jīng)計算：

Lk=5.54～9.20m，取池長Lk=6.00m。池寬同斜臥管底寬，為1.10m。

2.5.2 消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計

消力池側(cè)墻為M7.50 漿砌石，內(nèi)側(cè)采用60mm 厚C20 混凝土襯砌,頂部采用現(xiàn)澆C25 鋼筋混凝土蓋板封閉,蓋板下設(shè)L 型橡膠止水。

3 斜臥管進水口的改進設(shè)計

斜臥管的進水口控制設(shè)施的孔口尺寸與斜臥管孔口尺寸相同，周邊設(shè)止水，頂部通過蓋板控制進水，蓋板頂部有防盜鎖，保證管理人員管理設(shè)施的權(quán)限，材質(zhì)采用球墨鑄鐵材料，見圖1。

圖1 球墨鑄鐵材料圖

球墨鑄鐵材制的進水口設(shè)施由鑄態(tài)球墨鑄鐵組成，具有高強度、高延伸、高耐腐蝕性能，其強度高于45 號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，是混凝土、樹脂、鋼纖維等材料的10～30 倍，耐腐蝕性能是普通鑄鐵和鋼材的3～5 倍，耐磨性是普通鑄鐵和鋼材的2 倍，是混凝土、樹脂、鋼纖維等材料的10～30 倍。其化學(xué)、物理性能比較穩(wěn)定，受日照、溫度、濕度等環(huán)境變化因素影響較小。

4 結(jié)語

水浴水庫輸水洞建斜臥管后，輸水可以得到有效的控制，防盜功能可以使用水部門專人管理。斜臥管可廣泛用于農(nóng)村供水與用水安全，分層取水庫凈水，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，小型水庫增設(shè)斜臥管后，輸水可以得到有效地控制。

[1]肖功偉，等.山江水庫取水臥管改造[J].湖南水利水電，2001（1）.

[2]耿桂先.水庫表層取水設(shè)施的布置[J].云南水利發(fā)電，1999（15）：3.

[3]孟范璞.山南水庫臥管取水設(shè)施改造初探[J].山西水利，2006（5）.