魏艷秀

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

石津干渠趙陵鋪進(jìn)水閘下游消能設(shè)計(jì)

魏艷秀

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

趙陵鋪進(jìn)水閘是石津干渠由上游崗南、黃壁莊水庫引水的重要建筑物，其消能安全不僅影響著建筑物自身，同時(shí)對(duì)石家莊市北防洪大堤也存在一定威脅。根據(jù)工程新的設(shè)計(jì)工況，對(duì)原有消能防沖設(shè)施進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)增設(shè)二級(jí)消力池，并根據(jù)工程條件限制，在滿足消能要求的前提下盡可能使工程布置緊湊，減小偏流影響，消能充分。

進(jìn)水閘；消能設(shè)計(jì)；跌水消能

1 工程概況

石津干渠趙陵鋪進(jìn)水閘位于石家莊市古城西路趙陵鋪附近，該進(jìn)水閘穿古城西路，為下游石津干渠的渠首，是石津干渠由上游崗南、黃壁莊水庫引水的重要建筑物，上游為太平河，古城西路為石家莊市的北防洪大堤，防洪標(biāo)準(zhǔn)200年一遇。趙陵鋪進(jìn)水閘下游消能段位于南水北調(diào)配套工程田莊暗渠和趙陵鋪至北莊段的結(jié)合部位，原設(shè)計(jì)屬于田莊暗渠的一部分，由于工程建設(shè)不同步，2012年石津渠引水時(shí)該閘后沖刷破壞嚴(yán)重，兩次出現(xiàn)險(xiǎn)情。

2 趙陵鋪進(jìn)水閘

石津灌區(qū)趙陵鋪進(jìn)水閘于2006年11月開工建設(shè)，2007年2月建成通水。重建進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量115m3/s，工程等別為Ⅱ等，建筑物級(jí)別2級(jí)。進(jìn)水閘閘前引水位77.52m，太平河正常蓄水位79.80m，100年一遇洪水位81.87m。閘底板高程74.41m，下游渠道底高程73.69m。

進(jìn)水閘閘室為涵洞式閘室結(jié)構(gòu)，涵洞為五孔一聯(lián)整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，孔口尺寸3m×3.5m。涵洞下游接消力池。消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池長(zhǎng)21.78m，其中斜坡段長(zhǎng)7.28m，水平段長(zhǎng)14.5m。消力池深1.4m，底板高程72.49m。下游漿砌石海漫段長(zhǎng)25m，水平段長(zhǎng)10m，底板高程73.69m。 斜坡段長(zhǎng)15m，坡比為1∶15，末端為拋石防沖槽，長(zhǎng)7m，頂高程72.69m。下游為1∶5的反坡與下游渠底銜接，渠道底高程73.69m。

南水北調(diào)中線配套采用石津干渠輸水工程的實(shí)施，將進(jìn)水閘消力池后挖深3.14m，即渠底高程變?yōu)?0.55m。

3 下游消能設(shè)計(jì)

3.1 消能段布置

趙陵鋪進(jìn)水閘原設(shè)計(jì)下游渠底高程73.69m，南水北調(diào)配套石津干渠工程設(shè)計(jì)渠底高程70.55m，須在現(xiàn)有渠道基礎(chǔ)上將下游渠底挖深3.14m，經(jīng)校核，現(xiàn)狀消能設(shè)施不滿足要求。考慮到趙陵鋪進(jìn)水閘出口與田莊暗渠出口結(jié)構(gòu)布置，為避免一級(jí)消力池消能深挖方對(duì)進(jìn)水閘出口八字墻結(jié)構(gòu)造成破壞，利用現(xiàn)狀消力池作為一級(jí)消力池，同時(shí)增設(shè)二級(jí)消力池。對(duì)二級(jí)消力池，比較了跌水消能和底流消能兩種結(jié)構(gòu)形式。

方案一：跌水消能型式，二級(jí)消力池為為鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，跌坎高4.64m，坎頂高程與原消力池坎頂高程一致，為73.89m，兩側(cè)邊墻墻頂高程76.50m。二級(jí)消力池池長(zhǎng)14.5m，池深1.3m，底板高程69.25m。跌水末端樁號(hào)為渠4+144.00。

方案二：底流消能型式，消力池斜坡段長(zhǎng)19.56m，水平段長(zhǎng)15m，池深1.55m，底板高程69.0m。跌水末端樁號(hào)為渠4+162.36。

田莊暗渠出口位于樁號(hào)渠4+144.00～渠4+184.00。通過上述兩方案比較，方案一是在完成消能后引江來水匯入石津干渠，水流流態(tài)較為平穩(wěn)；方案二中田莊暗渠的出口部分位于二級(jí)消力池中，二級(jí)消力池水躍與暗渠出口水流間沖撞，水流流態(tài)更加紊亂，因此推薦采用跌水消能型式。

田莊暗渠出口水流與趙陵鋪進(jìn)水閘閘下水流平順銜接。因暗渠出口位于渠坡范圍內(nèi)，采用圓弧翼墻，為此，趙陵鋪進(jìn)水閘右岸采用擋墻形式使上下游水流平順連接。為了保證消力池段水流平穩(wěn)，兩側(cè)對(duì)稱，因此消力池兩側(cè)采用直墻結(jié)構(gòu)。

3.2 水力設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)條件

黃壁莊水庫放水過程：初始開閘放水流量40m3/s，以后每隔兩天兩夜后放水流量增加，分別為60，80，100，115m3/s。

太平河整治后景觀水位79.80m，閘前水深5.39m。趙陵鋪進(jìn)水閘工程運(yùn)用要求：黃壁莊水庫放水同時(shí)趙陵鋪進(jìn)水閘開閘放水，控制閘前水位不低于該閘重建設(shè)計(jì)要求的閘前引水位77.52m。閘門開啟程序?yàn)橄戎锌自龠吙住ｉ_啟高度為第一開度0.2m，待下游水流平穩(wěn)再提閘，以后每級(jí)開度增加0.3m。

由于南水北調(diào)配套工程石津干渠工程（趙陵鋪～北莊段）實(shí)施后，趙陵鋪進(jìn)水閘下游渠道設(shè)計(jì)底高程70.55m，閘底板與下游渠底高差達(dá)3.86m，故本工程采用二級(jí)消力池。

3.2.2 消能復(fù)核

趙陵鋪進(jìn)水閘消能復(fù)核考慮閘室上游水位為景觀水位79.80m時(shí)，下游無水；運(yùn)用條件為閘門分級(jí)開啟，直至5孔閘門全部開啟，計(jì)算閘門在不同開度下的消力池深度。消力池滿水后經(jīng)消力池尾坎向下游溢流，過坎流量按矩形實(shí)用堰計(jì)算。

閘上水位為景觀水位79.80m，閘門第一開度0.2m時(shí)，過閘流量18.4m3/s，消力池尾坎坎上水深H=0.53m，消力池計(jì)算深度d=0.90m，現(xiàn)狀消力池深1.40m，滿足一級(jí)消力池設(shè)計(jì)要求。趙陵鋪五孔閘設(shè)計(jì)流量115m3/s，閘上運(yùn)行水位77.52m，消力池水平段計(jì)算長(zhǎng)度10.55m，現(xiàn)狀消力池長(zhǎng)14.5m，滿足一級(jí)消力池設(shè)計(jì)要求。

3.2.3 跌水設(shè)計(jì)

跌水設(shè)計(jì)采用垂直式跌水墻，進(jìn)口為等寬矩形缺口，經(jīng)計(jì)算，h″c=2.8m＜ht=3.25m，為淹沒水躍。跌水消力池深度1.02m，池長(zhǎng)11.1m。設(shè)計(jì)選取消力池深1.1m，池長(zhǎng)14.5m。

3.3 消能分析

一級(jí)消力池設(shè)計(jì)主要完成趙陵鋪五孔閘出口消能，保證水躍完全發(fā)生在消力池以內(nèi)，以保護(hù)趙陵鋪五孔閘出口及兩側(cè)八字墻的穩(wěn)定，減少拆除重建工程量；同時(shí)滿足二級(jí)消力池上游—跌水進(jìn)口自由出流。二級(jí)消力池設(shè)計(jì)，在滿足設(shè)計(jì)的輸水泄流能力的條件下，使水流安全平衡地進(jìn)入下級(jí)渠道。其下泄急流在消力池內(nèi)形成水躍流態(tài)直接影響消能效果，工程設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)狀地形、地質(zhì)條件采用鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，兩側(cè)為直墻，較好地將水流約束在消力池內(nèi)，避免產(chǎn)生空間水躍和立軸漩渦，保證消力池內(nèi)水躍的消能作用。

4 結(jié)語

（1）由于南水北調(diào)配套石津干渠工程的實(shí)施，使趙陵鋪進(jìn)水閘下游渠道下挖深度達(dá)3.14m，趙陵鋪進(jìn)水閘下游形成陡坡。由于工程建設(shè)不同步，2012年放水時(shí)下游消能不充分致使該閘下沖刷破壞嚴(yán)重。

（2）根據(jù)工程新的設(shè)計(jì)工況，對(duì)原有消能防沖設(shè)施進(jìn)行復(fù)核，增設(shè)二級(jí)消力池，并根據(jù)工程條件限制，在滿足消能要求的前提下盡可能使工程布置緊湊，減小偏流影響，消能充分，以減小對(duì)田莊暗渠出口水流影響。

（3）工程建成后，已經(jīng)經(jīng)受了2013年春灌、秋灌放水檢驗(yàn)，放水過程中及放水最大流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量，消能效果良好。

［1］SL265—2001，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范［R］.

［2］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程可行性研究報(bào)告［R］.2011.

［3］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程田莊暗渠初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2012.

［4］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省南水北調(diào)配套工程石津干渠工程趙陵鋪至北莊段初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2011.

［5］李煒.水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.

［6］劉韓生，花立峰，紀(jì)志強(qiáng)，等.跌水與陡坡［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

Downstream Energy Dissipation Design of Zhaolingpu Entrance Gate in the Shijin Main Canal

WEI Yan-xiu

（Hebei Research Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，TianJin 300250，China）

Zhaolingpu entrance gate is the important buildings of water diversion by Shijin main canal to the upstream of Gangnan and Huangbizhuang reservoir， the energy dissipation safety not only affects the building itself， at the same time also there is a threat to Shijiazhuang north levees.According to the engineering working condition of the new design，the original energy dissipation impingement facilities for review，at the same time adding secondary stilling basin，and according to the engineering conditions，as far as possible under the premise of meeting the energy dissipation requirement engineering layout is compact， reduce the bias current impact， energy dissipation fully.

entrance gate;energy dissipation design;existes energy dissipation

TV222；TV66

B

1672-9900（2014）01-0028-03

2013-10-21

魏艷秀（1972-），女（漢族），河北盧龍人，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）13752792258。