梯形消力池在金溝河總干渠上的應(yīng)用

摘 要：金溝河水利樞紐工程于1962年投入運(yùn)行，受地形限制，總體工程縱坡較大，流速快，實(shí)行粗放的管理模式。隨著社會不斷進(jìn)步，現(xiàn)代水利工程管理已經(jīng)邁向高、精、細(xì)的發(fā)展方向，此時(shí)就必須對局部重點(diǎn)工程進(jìn)行改造或更新。本文主要對梯形消力池在干渠上的應(yīng)用進(jìn)行闡述，對某些有相似特性水利工程具有良好的示范效應(yīng)和推廣作用。

關(guān)鍵詞：梯形消力池；設(shè)計(jì)；效果

一、工程概況

金溝河位于新疆塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)，源頭發(fā)自天山北坡依連哈比爾尕山，河流自南向北，流經(jīng)山區(qū)、沖洪積平原區(qū)，流入尾閭瑪納斯湖。金溝河總干渠6#節(jié)制閘閘室2孔，單孔凈寬2.5米，洪水期正常過閘流量10m3/s，最大過流量13m3/s，閘后渠道縱坡1.315%，距閘200米處有一水管二站與水管三站分水的控制斷面。閘后控制斷面水流流速在用水高峰期達(dá)7米/秒，偏流現(xiàn)象嚴(yán)重，增加了控制斷面測流的難度和精度，不利于量水工作的開展。為了防止渠道遭受沖刷，降低渠道水的流速，提高水的計(jì)量精度，必須降低控制斷面的渠道比降。消力池是灌溉工程渠系中常見消能建筑物。

二、消能選型

由于渠道縱坡較大，采用消力坎的方式和普通跌塘消能方式都會存在很多不利因素。梯形消力是利用節(jié)制閘后擴(kuò)散段有利地形，避開缺點(diǎn)，是把渠道消能和測流斷面整治結(jié)合起來一種很好的建筑物，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（一）可減去輔助消能工

消力池中的輔助消能多為跐墩、消能墩或二者結(jié)合的方式，一般加于消力池跌塘末端。輔助消能工適用于消力池跌塘深度較小，水跌有越出跌塘外趨勢時(shí)，或水舌入水寬度較小，在跌塘中形成折沖水流而且引起下游水位的劇烈波動的情況。梯型消力池入水寬度較大，消力池長度可延渠道縱向較長布置，消能效果明顯，可減去二級消能設(shè)施或輔助消能工，施工簡單，可減少工程投資。

（二）梯形消力池工程造價(jià)低

從上面的消力池跌塘深度確定的公式中可以看出，單寬流量越小，跌塘深度越小。由于梯形消力池進(jìn)口處斷面較寬，從而降低單寬流量q，使跌塘深度減小，從而降低了整個(gè)消力池的高度，使工程量減少，節(jié)約了工程投資。另由于消力池兩側(cè)采用上部梯形，下部矩形的復(fù)合式斷面，斷面尺寸較小，也節(jié)約工程量，降低工程造價(jià)。

（三）凍脹破壞較小

在北方高寒地區(qū)，水利工程設(shè)計(jì)都有防凍脹要求。梯形消力池由于設(shè)計(jì)高度較底，以及兩側(cè)采用復(fù)合斷面，減少了建筑物與周邊土方的接觸面積，從而可以減輕凍脹破壞。另外，順接渠道，美觀效果較好。

三、梯形消力池的布置與設(shè)計(jì)

從下圖可以看出，梯形消力池利用節(jié)制閘后擴(kuò)大斷面，按原渠道斷面形式布置。消力池后渠道底寬2米，渠深1.8米，渠道縱坡0.2%，邊坡系數(shù)1.5。消力池上下游截水墻采用跟原渠道斷面相同重力式立墻，為了防止不均勻沉降導(dǎo)致截水墻底部斷裂，在截水墻渠底面層處進(jìn)行配筋配處理。

高速水流攜帶的泥沙對上游截水墻的磨損很大，可在同渠底表面相平處可采用鑄鐵和橡膠襯砌。水流跌落到消力池底部，泥沙、亂石沖刷嚴(yán)重，可采用橡膠輪胎襯砌，成魚鱗狀布置。兩側(cè)斷面采用復(fù)合式斷面，渠底高程以下部分為矩形，立墻式，渠底以上部分為梯形，邊板式，邊坡系數(shù)同上下渠道邊板相同，以便順接。為了防止邊板的凍脹破壞后滑落，邊板應(yīng)插入立墻頂下面一定深度，增強(qiáng)邊板的穩(wěn)定性。消力池出口處由于斷面的束窄，會產(chǎn)生一定雍水，出口斷面渠道應(yīng)進(jìn)行加高，超高部分可按v2/2g公式確定。

金溝河梯形消力池設(shè)計(jì)流量13m3/s，通過以下幾式計(jì)算出消力池跌塘深度與長度。

①上下游水位的確定：經(jīng)明渠均勻流公式計(jì)算確定上游水深0.45米，下游水深1.22米。

②消力池跌塘深度的確定：

通過上面三式聯(lián)解確定跌塘深度0.70米，考慮橡膠護(hù)底0.1米，設(shè)計(jì)跌塘深0.8米。

③消力池跌塘長度的確定：

通過上面公式計(jì)算確定跌塘長度8.71米，為了利用現(xiàn)有地形順接，設(shè)計(jì)跌塘長度15米。

四、梯形消力池的消能效果

（一）消能明顯

梯形消力池在金溝河灌區(qū)6#閘后渠道改建中得以應(yīng)用，閘后有一流量控制斷面，控制斷面在消力池后70米處，對修建消力池前后的實(shí)際測流資料進(jìn)行對比分析，在同流量情況下，改建前后流量與流速對照表中可以看出。在洪水期正常運(yùn)行流量10m3/s情況下。修建消力池前流速5.30m/s，改建后流速2.92m/s，降低了多少45%，從而可以看出梯形消力池有很好的效能效果。

（二）消除了閘孔出流后的偏流影響

一般節(jié)制閘由多孔閘門組成，在實(shí)際工程運(yùn)行管理中，閘門不對稱啟閉現(xiàn)象較多，從而使閘孔出流后的偏流現(xiàn)象嚴(yán)重，對控制斷面的測量精度影響很大。

修建消力池前金溝河6#閘后測流斷面資料顯示，渠道流量大于6.5m3/s時(shí)，測流斷面出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。梯形消力池修建后，能量和偏流現(xiàn)象在消力池中得以消除，控制斷面實(shí)測資料顯示，沒有偏流現(xiàn)象出現(xiàn)，測流斷面處水流平穩(wěn)。

五、結(jié)語

六十年代所建成的水利工程，與當(dāng)時(shí)的思維和知識水平相匹配，進(jìn)入二十一世紀(jì)后，這些水利樞紐工程都成了病險(xiǎn)工程，不利于現(xiàn)代化管理，必須要有針對性改造或改建。金溝河在重點(diǎn)測控?cái)嗝嬖黾恿颂菪蜗Τ睾?，降低了流速，消除了測控人員的安全隱患，消除了偏流現(xiàn)象，提高了管理精度，消除了不同單位對用水量的扯皮現(xiàn)象，提高了流于灌流于管理能力。

作者簡介：

張志剛（1972-），男，湖北人，本科，新疆水利廳金溝河流域管理局技師，主要研究方向：農(nóng)田水利。