高利寧，苑平永，李增智

（1.淄博市黃河工程局，山東淄博255000；2.中水東北水利水電設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

景中水庫位于舒蘭市環(huán)城街道四方村景中六社屯西，坐落于溪浪河支流沙河的石頭河上。景中水庫是一座以防洪為主，結合灌溉、養(yǎng)魚等綜合利用的小（Ⅱ）型水庫。水庫壩型為粉質粘土均質土壩，壩長264 m，壩頂寬3 m，最大壩高6.12 m，壩頂高程322.2 m。水庫樞紐工程主要由土壩、灌溉洞、非常溢洪道組成。

1 問題的提出

景中水庫是是舒蘭市重要的病險水庫之一，在2011年5月的大壩安全鑒定中被定為三類壩。一旦發(fā)生潰壩，將沖毀下游耕地700多公頃，對780余人的生命構成極大威脅。

考慮到現有非常溢洪道尾渠緊貼壩腳，泄洪時嚴重影響壩體安全，同時現有灌溉洞破損嚴重已無法保證正常的蓄水及灌溉，故采用封堵原非常溢洪道，同時在現灌溉洞處重新修建灌溉泄洪洞的方案，灌溉泄洪洞型式為進口段設置有壓短洞的無壓隧洞。

2 灌溉泄洪洞設計

灌溉泄洪洞有壓段長4 m，孔口尺寸為1 m×1.2 m；無壓段長12 m，孔口尺寸為1 m×1.8 m。

2.1 泄流能力計算

泄流能力計算分3種情況計算：

1）當水深小于1.2倍洞高時，按無壓流計算：

式中：Q——泄流量；b——矩形隧洞過水斷面的寬度，取1 m；σs——淹沒系數，自由出流取1；m——流量系數，取0.34；H0——以隧洞進口斷面底板高程起算的上游總水頭；g——重力加速度；H——以隧洞進口斷面底板高程起算的上游靜水頭；?——動能修正系數；V——流速。

2）當水深大于1.2倍洞高且小于1.5倍洞高時，按半有壓流計算：

式中：μ——流量系數，取0.67；η——洞口水流收縮系數，取0.74；ω——過水斷面面積；a——隧洞出口斷面洞高。

3）當水深大于1.5倍洞高時，按有壓流計算：

式中：μ——流量系數，求得0.7255；ω——灌溉泄洪洞出口斷面面積；T0——上游水面與洞出口底板高差，m；hp——灌溉洞出口斷面水流的平均單位勢；ξi——隧洞第i段上的局部能量損失系數；Lj——隧洞某一段的長度；Cj——隧洞某一段的謝才系數；Rj——隧洞某一段的水力半徑。

通過以上公式，得出水位在317.25 m以下時，景中水庫灌溉泄洪洞為無壓流；水位在317.25～317.60 m之間時，景中水庫灌溉泄洪洞為半有壓流；水位高于317.60 m時，景中水庫灌溉泄洪洞為有壓流。景中水庫灌溉泄洪洞泄流能力見表1。

2.2 無壓洞內最大水深推求

此次設計灌溉泄洪洞豎井段以前為壓力洞，豎井段之后為無壓洞。無壓洞段起斷面尺寸的擬定應遵循的原則：為便于豎井閘室銜接，無壓洞斷面扔采用矩形，且底寬扔為1 m；確保泄出上游來量，即壓力洞段所泄流量；確保該洞為無壓洞，防止泄流時產生震動及空蝕現象，SL279-2002《水工隧洞設計規(guī)范》建議，凈空斷面面積要求大于等于隧洞斷面面積的15%，同時凈空高度大于等于0.4 m。

表1 景中水庫水位～泄流能力曲線

2.2.1 水面曲線型式的判斷

水面曲線型式的判斷需要先計算出正常水深h0和臨界水深hk以及臨界坡度ik。

式中：Q——設計流量，m3/s；K0——相應正常水深的流量率；i——隧洞坡度；ω0——相應正常水深的過水斷面面積，m2；C0——相應正常水深的謝才系數；R0——相應正常水深的水力半徑。

式中：hk——臨界水深，m；q——單款流量，m3/s；α——系數（α=1.0～1.1）。

式中：ik——臨界坡度；ωk——相應臨界水深的過水斷面面積，m2；Ck——相應臨界水深的謝才系數；Rk——相應臨界水深的水力半徑。

經計算，設計水位下灌溉泄洪洞流量為6.48 m3/s，該流量下洞內均勻流水深1.27 m，臨界水深1.62 m，臨界坡度0.01，閘后收縮水深1.2 m。因為隧洞坡度i=0.02，大于臨界坡度i=0.01，同時控制水深1.2 m<均勻流水深1.27 m＜臨界水深1.62 m，所以，水面曲線形狀為：緩坡渠道上的CⅡ型壅水曲線。

2.2.2 計算隧洞出口斷面處水深

水流在洞內形成CⅡ型壅水曲線，洞內最大水深采用《中小型水庫設計》（中冊）公式（15-10）計算：

式中：i——涵洞底坡；L0——壅水曲線長度；h0——正常水深；η1——無壓洞進口斷面的相對水深（η1=h1/h0）；η2——無壓洞出斷面的相對水深（η1=h2/h0）；——L段內的動能變化值，，其中系數α為1.0～1.1，C、B及x分別相應于平均水深的系數、洞寬和濕周；φ（η1）、φ（η2）——與 η1，η2及水力指數X有關的函數，可由《中小型水庫設計》（中冊）表14-8查出。

設無壓洞進口水深等于有壓洞段洞高1.2 m，假設h2計算壅水曲線長度L0。若算得壅水曲線長度L0＞12 m（無壓洞長度），則表明水躍發(fā)生在無壓洞之外，結果是合理的。經試算推得無壓洞出口處水深h2=1.383 m。此次設計取無壓段涵洞高度為1.8 m，凈空高度為0.417 m＞0.4 m，能夠滿足要求。

4 結語

原水庫在除險加固前，灌溉洞損壞嚴重無法保證正常的蓄水及灌溉，非常溢洪道泄洪時嚴重影響壩體安全。封堵原非常溢洪道并興建灌溉泄洪洞后，既保證了正常的蓄水及灌溉，又確保了水庫在泄洪時壩體的安全。