石頭河水庫總干渠波浪原因分析及消減措施

【摘要】石頭河水庫總干渠是輸水洞出庫水流唯一的分流主干渠道，其作用十分重要無可替代?？偢汕诠喔胖Ф椿￠T開啟補水時，總干分水閘會產生較大波浪，浪高同弧門補水大小成正比關系。本文就此波浪給予分析，并提出消減措施。

【關鍵詞】波浪；分析；消減

石頭河水庫因攔蓄石頭河水而的名。水庫攔河壩壩壩高114米，總庫容1.47億立方米，年調節水量2.7億立方米，是一座具有灌溉、發電、城鎮供水、防汛等功能的大型水利工程。水庫樞紐包括攔河壩、溢洪道、輸水洞、泄洪洞、總干渠等工程設施。

一、總干渠概況

石頭河水庫水庫總干渠緊連水庫輸水洞，主要擔負城鎮供水、農田灌溉、發電尾水的輸水、分流任務。汛期承擔小流量泄洪的任務?？偢汕禽斔闯鰩焖魑ㄒ坏姆至髦鞲汕?，其作用十分重要無可替代。

1. 工程基本情況

總干渠在大壩下游右岸，由總干隧洞、總干退水閘、總干分水閘三部分組成。隧洞出口緊接東干渠，斜峪關電站（原規劃的西干渠）、總干退水閘（原規劃的人民渠）三個出口。

總干渠設計流量70m3/s，加大流量77m3/s，總干隧洞基本斷面為直墻坦拱型，凈寬6.4m，凈高7.2m，比降1/1000，隧洞進口底部高程707.71m出口底部高程706.96m，總長753.9m

2. 工程布置

石頭河水庫輸水洞末端，分灌溉支洞和發電支洞。灌溉支洞出流，與發電尾水匯合，至“支0+151”為總干渠遂洞0+000，進洞后，為了通過小將軍石溝并使洞頂有較大巖層厚度，洞線向右轉彎。至0+361.8將軍石溝，利用將軍石溝溝道地形設置一退水閘，過溝后再進洞，至0+753.9出洞。洞后設分水閘。

3. 工程地質情況

總干渠（隧洞）在水庫輸水洞下游，沿線屬秦嶺北簏中，被小將軍石溝和將軍石溝兩溝道切割。隧洞圍巖為灰色，深灰色云母石英片巖及綠泥石云母石英片巖，巖性堅硬，片理發育，斷裂構造較為發育。在小將軍石溝總干（樁號0+161.5），有一與隧洞接近正交的近直立斷層，寬約1米。

二、總干渠波浪的產生。

總干渠在灌溉支洞弧門開啟補水時，就會產生波浪。在分水閘前池多次觀測發現，灌溉支洞弧門補水55m3/s時浪高1m、補水在45m3/s時，波浪浪高90cm、補水在37m3/s時，波浪浪高75cm、補水15m3/s時浪高54cm、補水5m3/s時浪高20cm、浪高同弧門補水大小成正比關系。波浪拍擊閘門發出較大聲響，波浪能向下游繼續傳播。

三、波浪分析

總干渠在灌溉支洞弧門開啟補水時，水流最大流速達34m/s，現場觀察發現灌溉支洞水流，有騰空而起的帶霧狀水滴，呈現白色水體混合流動的摻氣水流。灌溉支洞高速水流出消力池時，主要在水流的中底部，雖經消力池消力，但未充分消能。高速水流間歇地向水面躥升，使水面產生較大波浪，并向下游傳播。

總干渠在灌溉支洞弧門開啟補水經消力池消能后，弧門補水水流速度，仍遠大于渠道水流行進速度（總干渠水流行進速度為1m/s左右），兩股水流相互撞擊，因而產生波浪。波浪同補水大小成正比關系。

在總干渠在施工過程中為了躲避小將軍石溝（總干樁號0+161.5）的直立斷層，在樁號0+008.46～0+044.81和0+085.46～0+130.29設計了向右、向左共兩個轉彎。灌溉支洞弧門開啟補水時，弧門補水急流在這兩個彎道連續受到擾動。水流與邊界相互作用表現的十分明顯。急流遇到邊墻轉角阻礙便會對邊墻起沖擊作用，反之，邊墻也對水流施加反作用力，迫使水流沿邊墻轉向。這樣便會造成邊墻附近水面壅高，這種水流的擾動會以波的形式在總干渠中傳播。由于水流正以大于波速的速度向前運動，因此距邊界距離愈遠，擾動到達的位置愈靠近下游?？偢汕墓こ淘O置條件，又不斷的增強和加大波浪動能，使得總干渠波浪不斷向下游傳播。

四、總干渠波浪的危害

總干渠產生波浪后會嚴重影響干渠水流流態，嚴重影響水位觀察的準確性，影響配水人員調配水量。波浪不停拍打總干渠各個閘門，嚴重減少閘門的使用壽命?？偢汕狭乳l門都未設檢修閘門，一旦閘門出現問題，整個總干渠將要停水進行檢修，會造成很大的經濟損失。

斜峪關電站壓力管道為預應力鋼筋混領土管道，管徑1.2米，長153米，分三排布設。總干渠波浪長期存在，會導致壓力管道水錘現象增高，減少壓力管道使用壽命、進而使發電機組氣蝕現象加重、機組振動增大、減少機組使用壽命，嚴重影響正常發電。

五、總干渠波浪的消減措施

由于總干渠受地質條件限制，無法修建底部消能設施，所以消減總干渠波浪的最好辦法是，盡可能使水流不產生或少產生波浪?？偢汕B續設有兩個R=40m的彎道。我認為應在第一個彎道前（在不雍高水位，保持水流通暢的前提下）采取工程措施分散急流。加大水流的擾動，以達到消減總干渠波浪的作用。

具體做法是：在總干隧洞設置防波柵。

防波柵位置：在洞口0+010處，沿垂直于總干隧洞軸線方向設置一道防波柵（防波柵和水流方向垂直相交）。

防波柵作用：消能和分散水流。將消力池沒有充分消能的下泄急流，利用防波柵（類似“篩子”原理）分隔成多股小水流。加大水流的擾動，從而達到消減總干渠波浪的目的。

防波柵的結構：防波柵為寬×高=7.5×6.0m網格狀結構，網格間距0.3×0.3米。防波柵由槽鋼焊接而成，四周固定在總干渠隧道四壁。

防波柵效果：防波柵的效果已經在石頭河其它干渠渠道中通過模型試驗進行了檢驗，效果比較理想。石頭河水庫已運行二十多年，現在只有，制作防波柵實地安裝，加以改進才能使防波柵具有較好的防波效果。

參考文獻：

[1]石頭河水庫工程驗收文件 1990.4.

[2]水利學 高等教育出版社 2003年

[3]石頭河水庫志 中國水利電力出版社 2005年