酥油口水庫引水樞紐中泄槽的設計分析

王轉周

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設計院，甘肅張掖734000）

酥油口水庫引水樞紐設計作為酥油口水庫建設的重要內容，是保證酥油口水庫質量的重點之一。酥油口水庫引水樞紐設計過程中，泄槽的設計與處理是其中的一個重要環節。其根據酥油口水庫具體地質與水文條件，結合控制段和出口消能段等結構，調整泄槽位置以及軸線方向，確保泄槽設計的標準性。

1 酥油口水庫概況

酥油口水庫工程位于甘肅省肅南縣馬蹄鄉境內酥油口河出山口以下約2.0 km 處，地處東經100°40′17″、北緯38°56′37″，距離張掖市區約50 km，距離安陽鄉苗家堡村約5 km。庫壩區道路可與張民公路（張掖—民樂）相連，交通較為方便。酥油口水庫涉及灌區為甘州區安陽灌區，其供水對象為安陽灌區農田灌溉用水、生態用水、甘肅祁連山水泥集團股份有限公司工業用水以及畜牧園區灌溉用水。設計灌溉面積0.6 萬hm2，其中農田0.5 萬hm2，生態林0.1 萬hm2。酥油口水庫位于酥油口渠首以下2.0 km 的左岸灘地上，屬旁注式水庫。據民樂縣氣象站多年統計顯示，該地多年平均氣溫3.8℃，極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-31.5℃，多年平均年降水量352.9 mm，平均年蒸發量1 652.7 mm，年平均日照時數2 957.7 h，最大凍土深度177 cm，多年平均風速2.9 m/s，多年平均年最大風速13.7 m/s，極端最大風速達到22 m/s。

酥油口水庫現狀水平年：2018 年；設計水平年：2025 年。根據《村鎮供水工程技術規范》（SL310-2019）和《城市給水工程規劃規范》（GB50282-2016）規定，城鄉生活供水保證率取P=95%，工業供水保證率取95%。經計算，現狀水平年設計輸水流量為2.05 m3/s，最大輸水時間為6 月下旬；設計水平年設計輸水流量為2.13 m3/s，最大輸水時間為7 月下旬。輸水建筑物設計流量取設計水平年輸水流量，加大流量按30%考慮，則輸水建筑物設計流量為2.08 m3/s，加大流量為2.70 m3/s。本設計為了與總干渠銜接，水庫輸水洞設計輸水流量取4.50 m3/s。

2 酥油口水庫引水樞紐中泄槽的設計

酥油口水庫引水樞紐中的泄槽設計必須以整個引水工程為基礎，其中涉及渠道分水閘環節。引水渠道作為分擔水庫壓力的重要工程，幫助水庫及時疏導板壩干渠，及時引入水源。結合酥油口水庫總體布置，分水渠道的引水流量為5.91 m3/s，其中主要包括渠道分水閘、泄槽、消力池等。分水閘設計中，要求閘底的高程設計為2 331.92 m，水量與風速控制在標準范圍之內，分水閘孔的標準為3.0 m×2.0 m（高×寬）。

2.1 泄槽整體設計

泄槽整體設計是后期各環節設計的基礎，整體設計也被稱之為平面設計。平面設計根據酥油口水庫結構，盡可能設計為直線，如此不僅能夠保證引水渠道的水流運行平順，同時還可以有效控制沖擊波等情況。

泄槽段緊接分水閘后，泄槽段是矩形斷面，坡比為1∶3.5，水平長度48.33 m，寬度3 m。入庫陡坡底板厚度0.4 m，邊墻高度2.0 m，采用C25 鋼筋砼現澆，邊墻為C25 鋼筋砼擋土墻結構。

根據泄槽長度與高度情況，對前沿坡度進行測量，制定最合理的消能方式。臺階作為主要消能方法，能夠有效調整水流阻力，通過紊動及時將沖擊力分散疏導，不僅可以減輕泄槽末端的消力池負擔，同時還可以保證泄槽功能性。

2.2 消力池設計

根據泄槽整體設計情況，將坡比設定為1∶3.5，并且選擇矩形斷面，要求長度以及寬度分別控制到50.27 m、3 m。應用鋼筋砼現澆的方式，材料為C25鋼筋砼。擋土結構澆筑完畢，計算入庫陡坡相關數值，厚度與邊墻高度分別為0.4 m、2.0 m。消力池位置需處于泄槽末端，地基要求必須為砂礫石材料。擋土墻相關數值主要包括頂寬、高，分別為0.4 m、4 m，除此之外還涉及面坡、背坡的比值，約1∶0.2。消力池的作用主要是幫助引水渠道消能，施工方式以下挖式為主。結合此次工程數據統計與泄槽設計研究，要求消力池流量必須達到5.91 m3/s，同時還要計算消力池深度，具體計算見式（1）、式（2）、式（3）：

式中，d 為消力池深度，單位為m；σ0為水躍淹沒系數，取值為1.05；hc″為躍后水深，單位為m；hc為收縮水深，單位為m；α 為水流動能校正系數，取值為1.05；q 為單寬流量，取值為1.970 m3/s；b1為消力池首端寬度，取值為3 m；b2為消力池末端寬度，取值為3 m；ΔZ 為出池落差，單位為m；hs′為出池河床水深，計算數值為0.73 m。

通過詳細計算，得出收縮水深和躍后水深分別為hc=0.13 m，hc″=2.413 m，消力池深挖尺度需達到2 m，同時消力池的深度為d=1.468 m。隨后還需計算消力池長度以及水躍長度，具體計算見式（4）、式（5）：

式中，Ls代表消力池斜坡段水平投影長度，單位為m；β 代表水躍長度矯正系數，取值為0.75；Lj代表水躍長度，單位為m。

根據公式計算準確得出此次消力池設計中，水躍長度為15.8 m，泄槽底板厚度以及邊墻高度分別為0.4 m、4.0 m。與此同時，要嚴格按照《溢洪道設計規范》SL253-2000 提供的能量方程，計算泄槽水力跌水過水能力、入庫陡坡水力。

3 泄槽的減蝕設計

泄槽設計中，安全設計至關重要。侵蝕是泄槽最大威脅，為了保證泄槽質量，必須從不同的襯砌角度出發，達到有效的減蝕目的。首先是巖基位置的襯砌，必須應用泄槽設計規定材料，如混凝土、石灰漿或者水泥漿等進行襯砌，期間還要注意流速變化。其次是土基位置的泄槽，襯砌期間需要結合沉降量、襯砌厚度以及接縫處理方法等嚴格處理，同時還要規劃好排水管，做好過濾處理，以此避免泄槽出現滲流破壞的現象，從而保證泄槽設計安全。

4 結束語

酥油口水庫引水樞紐中泄槽設計非常關鍵，為了更好地保證泄槽設計質量，需結合水庫引水樞紐具體情況、地質條件與水文條件，著重進行消力池設計以及相關數值計算，并且還要保證泄槽設計安全，采取有效的減蝕措施，提高泄槽質量，為酥油口水庫引水樞紐的正常運行提供安全保障。