淤積狀態(tài)下渠道倒虹吸過流能力分析

崔福占

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

水環(huán)境與水生態(tài)

淤積狀態(tài)下渠道倒虹吸過流能力分析

崔福占

（河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250）

以南水北調(diào)中線磁河渠道倒虹吸為例，對倒虹吸淤積狀態(tài)下過流能力進(jìn)行分析計算，得出了倒虹吸管內(nèi)淤積厚度與過流能力的關(guān)系。

倒虹吸；淤積；過流能力

南水北調(diào)中線工程全線自流供水，采用開敞式明渠（北京段和天津干線除外），過水?dāng)嗝娌捎没炷烈r砌，二級邊坡及以上一般采用框格植草護(hù)坡。由于沿線渠道邊坡雨水匯入、風(fēng)沙匯入，會將部分泥沙等帶入渠道，使得渠道內(nèi)水的含沙（泥）量增加，進(jìn)而可能導(dǎo)致渠道淤積。而渠道倒虹吸作為區(qū)段內(nèi)的相對低點，是更容易造成淤積的部位。倒虹吸淤積后，管身過水?dāng)嗝鏈p小，過流能力降低，進(jìn)而影響整個渠道正常輸水。本文以磁河渠道倒虹吸為例，計算淤積厚度與過流能力之間的關(guān)系。

1 工程概況

磁河渠道倒虹吸工程位于河北省正定縣西平樂鄉(xiāng)小寨村西南400m處，東距京廣鐵路2km，東北距新樂市7km，是京石段應(yīng)急供水工程的一座大型河渠交叉建筑物。建筑物全長579m，由5部分組成，其中進(jìn)口漸變段長52m，進(jìn)口檢修閘長11.0m，管身段長438m，出口節(jié)制閘長20m，出口漸變段長58m。管身為三孔一聯(lián)的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，單孔過水?dāng)嗝娉叽?.0m×6.1m（寬×高）。倒虹吸設(shè)計流量165m3/s，加大流量190m3/s。建筑物設(shè)計水頭0.25m，進(jìn)口設(shè)計水位74.129m，進(jìn)口加大水位74.538m，出口設(shè)計水位73.879m，出口加大水位74.288m。

根據(jù)實測數(shù)據(jù)，現(xiàn)狀倒虹吸流量85.56m3/s，倒虹吸出口節(jié)制閘閘前水位73.72m，閘后水位72.96m，閘門處于半開啟狀態(tài)；倒虹吸進(jìn)口閘前水位無實測數(shù)據(jù)。

2 過流能力計算及分析

淤積狀態(tài)下倒虹吸過流能力采用 《南水北調(diào)中線一期工程總干渠初步設(shè)計渠道倒虹吸技術(shù)規(guī)定》（試行）中的公式進(jìn)行計算。磁河渠道倒虹吸加大流量和設(shè)計流量狀態(tài)下給定的水頭均為0.25m，但由于倒虹吸管身是按照加大流量確定的斷面，當(dāng)管身過設(shè)計流量時水頭勢必富余。為了保證進(jìn)口的淹沒度，需調(diào)節(jié)出口工作閘以抬高上游水位。

2.1 現(xiàn)狀流量

現(xiàn)狀流量85.56m3/s，實測出口閘前水位73.72m。在保證流量及出口閘前水位不變的前提下，假定不同的淤積厚度，推導(dǎo)上游水位，進(jìn)而得出淤積厚度與上游水位之間的關(guān)系。計算結(jié)果如表1，關(guān)系曲線如圖1。

表1 淤積厚度與上游水位關(guān)系 單位：m

圖1 淤積厚度與上游水位關(guān)系

由表1和圖1可以看出：

（1）隨著倒虹吸管內(nèi)淤積厚度的增加，倒虹吸管有效過水?dāng)嗝鏈p小，上游水位逐步壅高。

（2）當(dāng)管內(nèi)淤積厚度達(dá)到3.338m時，上游水位較未淤積前壅高0.365m，達(dá)到設(shè)計水位74.129m；淤積進(jìn)一步發(fā)展，上游水位將超設(shè)計水位，將對總干渠運行造成影響。

2.2 原設(shè)計條件

2.2.1 淤積厚度與過流量關(guān)系

進(jìn)口設(shè)計水位74.129m，出口設(shè)計水位73.879m，水頭損失0.25m。在保證上下游水位不變的前提下，通過水力計算，得出管道淤積厚度與過流量間的關(guān)系。計算結(jié)果如表2，關(guān)系曲線如圖2。

表2 淤積厚度與過流量關(guān)系

由表2和圖2可以看出：

（1）在上下游水位不變的條件下，隨著管內(nèi)淤積厚度的增加，倒虹吸過流能力降低，過流能力與淤積厚度成反比。

圖2 淤積厚度與過流量關(guān)系

（2）由于倒虹吸管身是按照加大流量確定的斷面，當(dāng)用盡0.25m的水頭時，在倒虹吸管不淤積的情況下倒虹吸過流能力197.8m3/s。

（3）當(dāng)管內(nèi)淤積厚度達(dá)到0.8m時，倒虹吸過流能力恰好為165m3/s；積程度進(jìn)一步發(fā)展，在不造成上游壅水的前提下，過流能力將受到影響。

2.2.2 淤積厚度與上游水位關(guān)系

倒虹吸設(shè)計流量165m3/s，倒虹吸出口水位73.879m（設(shè)計水位），保持這兩個因素不變，通過水力計算得出淤積厚度對應(yīng)的上游水位。計算結(jié)果如表3，管內(nèi)淤積厚度與上游水位關(guān)系曲線如圖3。

表3 淤積厚度與上游水位關(guān)系 單位：m

圖3 淤積厚度與上游水位關(guān)系

由表3和圖3可以看出：

（1）在倒虹吸不淤的條件下，倒虹吸進(jìn)口水位74.042m，低于設(shè)計水位74.129m。

（2）當(dāng)管內(nèi)淤積達(dá)到0.87m時，上游水位壅高0.109m，達(dá)到設(shè)計水位74.129m。

（3）隨著淤積的進(jìn)一步發(fā)展，上游水位將超過設(shè)計水位。

3 結(jié)語

（1）現(xiàn)狀過流條件下，即過流量85.56m3/s，當(dāng)淤積厚度達(dá)3.338m時，上游水位較未淤積前壅高0.365m，達(dá)設(shè)計水位74.129m；淤積進(jìn)一步發(fā)展，倒虹吸過流將受到影響。

（2）在上、下游設(shè)計水位條件下，當(dāng)管內(nèi)淤積厚度達(dá)0.8m時，倒虹吸過流能力恰好為165m3/s；淤積程度進(jìn)一步發(fā)展，在不造成上游壅水的前提下，倒虹吸過流能力受到影響。

（3）倒虹吸過設(shè)計流量165m3/s，當(dāng)管內(nèi)淤積達(dá)0.87m時，上游水位壅高0.109m，達(dá)設(shè)計水位74.129m；淤積繼續(xù)發(fā)展，總干渠運行將受到影響。

（4）倒虹吸過流量越小，淤積對其過流能力的影響越小。

［1］水利部河北水利水電勘測設(shè)計研究院.南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程（石家莊至北拒馬河段）初步設(shè)計報告［R］.2004.

［2］焦陽.淺談長江流域中漢江段流量與含沙量關(guān)系［J］.企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015（11）.

［3］劉東生，熊明，董偉.丹江口水庫下游渾水與清水沖刷特點對比分析［J］.水利水電快報，1998（12）.

［4］李娟，韓明軒，牧振偉，等.倒虹吸工程水力學(xué)模型試驗［J］.南水北調(diào)與水利科技，2012（4）.

［5］石俊營，田志中.南水北調(diào)中線總干渠淇河渠倒虹吸水力學(xué)模型試驗研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2006（1）.

（責(zé)任編輯：王艷肖）

Analysis of flow capacity of inverted siphon under silting condition

CUIFu-zhan
（HebeiResearch Institute of Investigation&Design ofWater Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

Taking the inverted siphon in themiddle route of South to North Water Transfer Project for example，the flow capacity of inverted siphon under silting condition is analyzed and calculated，the relation between sediment thickness and flow capacity in the inverted siphons is obtained.

inverted siphon；silting；flow capacit

TV67

B

：1672-9900（2017）04-0024-03

2017-06-19

崔福占（1978－），男（漢族），河北唐山人，高級工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計工作，（Tel）13752112724。