順河街引水渠改造項目水閘工程設計

馮 凱

（封丘縣水利局，河南 封丘 453399）

1 概況

封丘縣位于豫北平原東部，黃河北岸，新鄉市東部，區域優勢突出。西靠國道107 公路，北依新菏鐵路，大廣高速公路橫貫南北，南臨開封黃河公路大橋。全縣東西長48.70 km，南北長38.20 km，總面積1 225.50 km2，是農業大縣，農業生產條件優越。

2 氣象與地質

2.1 氣象

縣域屬暖溫帶半濕潤氣候，具有大陸性季風氣候的特點。多年平均降水量609.10 mm，年際變化大，年內降水量季節分配不均，多集中在夏季，降水量分布自西向東呈遞增趨勢；冬季主導風向為北風，夏季主導風向為偏南風。

2.2 地質

勘察區屬黃河沖積平原區，整體地勢西南高東北低，地面高程82.00～72.60 m。順河街引水渠現有河道呈寬淺“U”形，河道較順直，河道寬窄不一，河底寬8～12 m，深5.50～6.00 m，河底高程76.20～73.80 m，場區內地勢較平坦。

3 順河街引水渠改造項目建設內容

3.1 引水渠渠道清淤疏浚

①順河街引水渠（0+000～11+986）11.986 km 渠道斷面擴挖、清淤、渠堤整修。②于店引水渠（0+000～3+080）3.08 km渠道斷面擴挖、清淤疏浚。

3.2 廠門口總干渠渠道清淤疏浚和水閘修建

廠門口總干渠1.20 km渠道清淤疏浚；廠門口干渠3.016 km渠道清淤整修襯砌；重建新建各類建筑物共2 座，其中順河街防沙閘1座、東干渠入天然七支四斗退水閘1座；廠門口干渠進水閘、堤灣干渠進水閘和加斗渠進水閘閘墩加高。

4 水閘工程設計

4.1 設計流量規模

根據此工程規劃，順河街防沙閘按原設計流量23.30 m3/s進行拆除重建，東干七支四斗退水閘設計流量取該段干渠設計流量為5 m3/s。

4.2 水力計算與設計

4.2.1 閘孔總凈寬計算

根據閘孔過流能力確定閘孔凈寬。根據水閘設計規范，對于平底閘，當堰流處于高淹沒度（hs/H0≥0.9）時，閘孔總凈寬也可按下式計算：

式中：B0—閘孔總凈寬（m）；Q—過閘流量（m3/s）；g—重力加速度，g=9.81 m/s2；H0—計入行近流速水頭的堰上水深，H0=H+V02/2 g（m）；hs—由堰頂算起的下游水深（m）；μ0—淹沒堰流的綜合流量系數。

按規定采用該式對閘孔總凈寬進行校核。根據不同水閘運行的實際工況，綜合確定節制閘、進水閘孔總凈寬按淹沒寬頂堰計算成果取定，退水閘閘孔總凈寬按寬頂堰計算成果取定。計算及取定的設計孔數、孔寬成果詳見表1。

表1 防沙閘、退水閘水力計算成果表

4.2.2 防滲排水設計

防滲排水設計采用勃萊法初擬閘基防滲長度：

式中：L—閘基最小防滲長度（m）；C—允許滲徑系數，閘基土為砂壤土，有反濾層，取C=5～9；ΔH上、下游水位差（m）。

按最不利情況，上游最高擋水位，下游渠道無水，考慮到排水反濾層失效的可能性，適當加大滲徑系數，取C=8.00～8.50。根據初步擬定的閘基防滲長度，進行閘基輪廓布置。設計成果詳見表1。

4.2.3 消能防沖設計

為了消除過閘水流對下游渠道的沖刷，擬在閘后采用消力池消能。消力池深度按下式計算：

式中：d—消力池深度（m）；σ0—水躍淹沒系數，采用1.05；hc″—躍后水深（m）；hc—收縮水深（m）；α—水流動能校正系數，采用1；q—過閘單寬流量（m2/s）；b1—消力池首端寬度（m）；b2—消力池末端寬度（m）；TO—由消力池底板頂面算起的總勢能（m）；ΔZ—出池落差（m）；hs′—出池渠道水深（m）。

消力池長度按下式計算：

式中：Lsj—消力池長度（m）；Ls—消力池斜坡段水平投影長度（m）；β—水躍長度校正系數，可采用0.70～0.80，此設計取0.75；Lj—水躍長度（m）。

根據效能計算綜合取定設消力池或不設消力池，以及消力池長、池深。經計算d=0.62 m，Lsj=9.27 m。設計取值詳見表1。

4.3 結構布置

4.3.1 順河街防沙閘

拆除重建順河街防沙閘位于順河街引水渠樁號K1+392。該閘順河街防沙閘3孔，單孔凈寬2.50 m，采用開敞式結構，帶交通橋。布置分為上游連接段、閘室段、下游連接段。①上游連接段主要包括素混凝土護坡、底板和鋼筋混凝土弧形翼墻。護坡及底板采用C20混凝土，護坡段長15 m；底板段長15 m，寬10.50 m，厚0.50 m，上游端底部設齒墻，齒墻深0.50 m，底寬0.50 m。②閘室段閘底板和閘墩均采用C25鋼筋混凝土，墩頂設鋼筋混凝土便橋、交通橋、排架及啟閉機平臺，啟閉平臺梁板為現澆梁板結構，平臺以上為啟閉機室。閘室段長11 m，寬12.50 m，閘為三孔，凈寬2.50 m，閘底板高程74.35 m，頂部高程82.63 m。③下游連接段主要包括消力池、漿砌石海漫、拋石防沖槽和渠道護坡段。閘室出口設消力池，C25鋼筋混凝土消力池長度15.30 m，底板厚0.60 m。海漫末端為拋石防沖槽，長4.50 m，深1.50 m。渠道護坡段C20混凝土護坡，長30.30 m，右岸厚0.12 m，坡度1∶2.50；左岸厚0.30 m，坡度1∶1.50，于邊坡中部設分縫及齒墻提高護坡穩定性。

4.3.2 東干渠入天然七支四斗退水閘

新建退水閘位于東干渠與天然渠七支四斗渠相交處，設計退水流量5 m3/s，箱涵帶跌水結構。該閘平面布置分為進口段、閘室段、箱涵段、跌水段、下游護坡段。①上游連接段主要包括混凝土護底和混凝土擋墻。混凝土護底7.95 m，底寬由2.50 m至8.23 m，護底厚0.20 cm，前端設齒墻，齒墻深0.30 m，兩岸擋墻為C25混凝土八字翼墻。②閘室段長4 m，寬3.70 m，閘為單孔，凈寬2.50 m。閘室底板厚0.60 m，下設C15 混凝土墊層厚0.10 m，底板前后各設一道齒墻，齒墻深0.30 m，底寬0.30 m。③箱涵尺寸根據閘孔尺寸確定，共設一段，長6.45 m，兩端各設一道齒墻，齒墻深0.20 m，寬0.30 m，箱涵為C25鋼筋混凝土結構。④涵閘出箱涵段后下游連接段設跌水深度2 m，跌水采用C25鋼筋混凝土結構，底板厚度0.50 m，設排水孔及反濾層，尾部身尾坎，寬0.50 m深0.50 m配面層筋。

5 總結

綜上所述，在進行順河街引水渠改造項目過程，文章詳細計算與設計了水閘工程，以保證水閘的工程質量。此項目的實施，改善了供水和灌溉條件，農作物得到適時適量灌溉，提高了農作物產量，有效提高渠道水利用系數，提高水資源利用率，確保引水渠的通常，滿足人們的日常用水及農業灌溉需求。