趙山渡引水樞紐下游河道加固整治的設計

文 良

（浙江珊溪經濟發展有限責任公司，浙江 溫州 325300）

1 概況

趙山渡水庫通過調蓄上游珊溪水庫（電站）下泄水量和攔引珊溪至趙山渡區間來水，經水庫反調節，由輸水渠系向溫州、瑞安、平陽等市縣城鎮居民生活供水及工農業供水，年供水量7.3億m3，其中生活及工業供水6.53億m3，農業供水0.77億m3，改善了農田灌溉98.63萬畝，經濟林地16.54畝，并利用多余水量發電，以達到綜合利用水資源的目的。

本次設計主要對泄洪閘下游河道進行整治處理，處理范圍為拋石防沖槽段及其下游部分河道：順水流方向樁號為0+152.500 m～0+187.500 m段；垂直水流方向樁號為閘左0+240.000 m～閘0+000.000 m。

2 設計方案

本次趙山渡引水樞紐下游河道加固整治的目標是通過對下游河道（靠近主體工程部分）沖淤情況較為嚴重部位進行加固整治，從而改善下游河道的沖淤現狀及下泄洪水的水流條件，確保主體工程的正常安全運行。

根據趙山渡引水樞紐下游河道的沖淤現狀高程、河道整治范圍和對主體工程的保護要求，以及工程總體投資的綜合性經濟比較分析，本次下游河道加固整治處理范圍為：

拋石防沖槽以及拋石防沖槽下游約100 m范圍，即樁號0+152.500 m～0+287.500 m（其中拋石防沖槽段樁號為 0+152.500 m～0+187.500 m）；尾水渠出口處下游100 m范圍，即樁號0+187.500 m～0+287.500 m。本次下游河道整治處理形式為對整治處理范圍內的河道進行清淤填坑處理：其中尾水渠下游河道部位，整治高程為8.00 m；泄洪閘下游河道樁號0+152.500 m～0+187.500 m段整治高程為5.50 m，樁號0+187.500 m～0+217.500 m段整治高程為 5.50～7.00 m，樁號 0+217.000 m～0+287.500 m 段整治高程為7.00 m。

考慮到拋石防沖槽段及其下游變坡段受下泄水流沖刷較為嚴重，本次設計對樁號0+152.500 m～0+237.500 m段下游河道整治后表面采用工程措施進行加固保護。

本次設計對下游河道樁號0+152.500 m～0+237.500 m段進行鋪設合金鋼網兜面層保護，鋪設厚度為1m，合金鋼網兜要求兜與兜之間進行串并聯，增強抗沖性能，合金鋼網兜內石料要求新鮮完整，單塊重不得小于50 kg，最小邊長度不得小于30 cm。

為了觀測和檢驗合金鋼網兜塊石防沖保護層的具體效果，為下一步整個樞紐下游河道整治提供實際數據支持，建議對沖刷較嚴重的深槽區進行試驗性保護處理。

合金鋼網兜塊石護面保護范圍為防沖槽起始部位（樁號0+152.500 m）及其下游30 m范圍（至樁號0+182.500 m）。

2.1 運行期下泄洪水的流量過程線

趙山渡引水樞紐近年來最大泄洪流量統計成果見圖1。

圖1 趙山渡引水樞紐最大泄洪流量統計成果圖

由圖1可知，每次遭遇強臺風，趙山渡引水樞紐泄洪閘的泄洪流量就明顯增大，特別是近年來的2011年和2013年，最大泄洪流量分別為1542 m3/s和2450 m3/s，明顯大于運行期前幾年的最大泄洪流量（均不到1000 m3/s），從而對下游河道造成較大的沖淤。

2.2 拋石防沖槽段近年的淤積和沖刷斷面圖

趙山渡引水樞紐拋石防沖槽近年來沖淤情況統計成果見圖2。

圖2 趙山渡引水樞紐拋石防沖槽沖淤情況統計圖

由圖2可知，趙山渡引水樞紐泄洪閘每次進行大流量泄洪后，拋石防沖槽段均有較為明顯的沖淤情況，2011年的拋石防沖槽高程與2010年相比，明顯沖刷情況更嚴重，最深處沖刷深了1.40 m左右；2012年和2013年上半年，運行管理單位分別對下游河道沖淤較為嚴重的部位進行了簡單的挖填平整處理（平整高度為6.00 m左右），2013年泄洪后，拋石防沖槽部位同樣出現了全斷面的沖淤現象，沖刷最深處高程為4.90 m左右（沖刷深了1.10 m左右）。這種現象一方面說明拋石防沖槽在防沖方面起到了一定的作用，一方面說明在大流量的下泄洪水沖刷下，拋石防沖槽的防沖性能正在減弱。

2.3 泄洪閘的過流能力和消能防沖設計

根據《水閘設計規范》（SL265-2001）的相關規定，對泄洪閘泄流能力進行復核，計算公式如下：

式中：

Q——下泄流量，m3/s；

Bo——閘孔總凈寬，m；

Ho——計入行近流速水頭的堰上水深，m；

H——堰上水深，m；

Vo——行近流速，m/s；

g——重力加速度，取9.81 m2/s；

m——堰流流量系數，取0.385；

ε——堰流側收縮系數；

bo——閘孔凈寬，m；

N——閘孔數；

εZ——中閘孔側收縮系數；

dZ——中閘墩厚度，m；

εb——邊閘孔側收縮系數；

bb——邊閘墩順水流向邊緣線至上游河道水邊線之間的距離，m；

σ——堰流淹沒系數；

hs——由堰頂算起的下游水深，m。

經過計算可知，校核洪水位工況下（上游水位為23.37 m，下游水位為21.13 m），泄洪閘過流能力為15 914 m3/s；設計洪水位工況下（上游水位為22.00 m，下游水位為19.414 m），泄洪閘過流能力為13356 m3/s；均能滿足設計要求的下泄流量，并具備一定的超泄能力。

根據類似工程相關水工試驗成果可知，除了泄洪流量越大對下游河道影響越大外，閘門的開啟方式也對下游河道影響較大，如閘門開啟順序和開度科學合理（如分級開啟，先全體小開度開啟，再逐步加大開啟開度等），能很大程度上減輕或避免對下游河道的影響。

2.4 拋石方案對比分析

拋石指的是為防止河岸或構造物受水流沖刷而拋填較大石塊的防護措施，在水利工程中較為常見。

本方案與合金鋼網兜塊石有類似之處，缺點是抗沖僅依靠單體石塊自身重量，抗沖性能較差，拋投后容易被沖走；優點是工程投資較低。

考慮到本工程整體投資不大，且運行管理單位以往采用過拋石表層保護進行過處理，但大流量下泄時拋石被沖走的現象也比較明顯，故本方案現階段僅考慮作為應急備用措施，不再另行進行方案比較。

3 結束語

本次設計滿足了趙山渡引水樞紐下游河道的綜合功能要求，按標準完成設計工作并付諸實施，設計均按照國家和行業現行設計規范、設計標準以及批準的設計文件進行，設計文件滿足國家及行業標準，并滿足了《勘測設計合同》約定的標準，實施過程中不存在由于設計造成的返工或質量問題。