王 月，馬騎龍

（遼寧省湯河水庫管理局遼寧遼陽111000）

引蘭入湯溢流堰工程設(shè)計(jì)及效益分析

王 月，馬騎龍

（遼寧省湯河水庫管理局遼寧遼陽111000）

簡述了引蘭入湯溢流堰加高工程建設(shè)的必要性，復(fù)核了隧洞過流能力。通過實(shí)測資料分析和理論計(jì)算，確定了溢流堰加高高度為0.36m，并對工程效益進(jìn)行了分析。

引蘭入湯；溢流堰；加高

1　工程概況

引蘭入湯工程是將蘭河水在流入葠窩水庫前通過全長為6.15km的引水隧洞引入湯河水庫。該工程位于遼寧省遼陽縣，設(shè)計(jì)引水量為7m3/s，于1998年7月正式竣工并投入運(yùn)行，年平均引水量為1830萬m3，經(jīng)湯河水庫調(diào)節(jié)，向鞍山市供水，日供水量增加10萬m3，對緩解鞍山市生活和工業(yè)用水緊張起到了積極作用。

引細(xì)入湯工程建設(shè)運(yùn)行后，引蘭隧洞承擔(dān)著蘭河、細(xì)河雙重引水任務(wù)，細(xì)河、蘭河來水量的疊加，引蘭隧洞的引水任務(wù)相應(yīng)加大。按照引細(xì)工程可研和初設(shè)要求，引蘭工程設(shè)計(jì)引水量應(yīng)達(dá)到8 m3/s。這就需要重新對引蘭隧洞的引水能力以及溢流堰堰體高度進(jìn)行復(fù)核，確定其是否滿足引細(xì)建成后設(shè)計(jì)引水流量增大的需要。而在引細(xì)入湯工程可研和初設(shè)報(bào)告中，僅對引蘭引水隧洞的過流能力進(jìn)行了復(fù)核，并未對引蘭溢流堰堰頂高程作相應(yīng)的復(fù)核及調(diào)整。

引細(xì)工程建成后，引蘭工程多年的運(yùn)行觀測資料表明：當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)水深時(shí)，引蘭引水隧洞的實(shí)際引水流量僅為6.3m3/s，無法滿足設(shè)計(jì)引水流量8m3/s的要求。2008年7月，湯河水庫進(jìn)行了引蘭入湯工程溢流堰加高實(shí)驗(yàn)，在溢流堰堰頂臨時(shí)堆積沙袋以抬高堰頂高程，觀測洞內(nèi)水深及引水流量的變化。結(jié)果表明，引蘭工程引水能力不足的主要原因是現(xiàn)有的引蘭溢流堰高度不足，導(dǎo)致攔蓄水的能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，對引蘭溢流堰進(jìn)行加高處理，使隧洞的引水能力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是確保鞍山市供水保證率的前提和基礎(chǔ)。因此，引蘭溢流堰加高工程的建設(shè)是非常必要的。

2　加高工程設(shè)計(jì)

2.1隧洞過流能力驗(yàn)算

輸水隧洞為無壓流，水力計(jì)算公式可采用明渠均勻流公式。

式中：Q為隧洞引水流量，m3/s；A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；i為隧洞坡降，0.13%；x為過水?dāng)嗝鏉裰?，m；n為糙率，分別采用引蘭入湯工程原初設(shè)值，即鋼筋混凝土襯砌段采用0.015，噴錨襯砌段采用0.025。

通過試算得出，當(dāng)引水能力為8m3/s時(shí)，鋼筋混凝土襯砌段洞內(nèi)水深為1.68m，噴錨襯砌段洞內(nèi)水深為2.06m。而根據(jù)SL279-2002《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》，第4.3.7條規(guī)定：在低速無壓隧洞中，若通氣條件良好，在恒定流情況下，洞內(nèi)水面線以上的空間不宜小于隧洞斷面面積的15%，且高度不應(yīng)小于400mm，推求得出鋼筋混凝土襯砌段和噴錨襯砌段的最小凈空高度分別為0.57m和0.68m，即洞內(nèi)最大水深分別為1.93m和2.32 m，均大于引水流量為8m3/s時(shí)的洞內(nèi)水深。這就說明引蘭隧洞過水能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2溢流堰加高高度的確定

2.2.1通過實(shí)測資料推求

考慮引細(xì)入湯工程的影響，選取2008年5月至2013年9月間引蘭入湯工程有效實(shí)測數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件，對引水流量及對應(yīng)洞內(nèi)水深進(jìn)行曲線擬合，得到擬合方程：

P=0，說明擬合程度較高且達(dá)到顯著水平。式中：q為引水流量，m3/s；h為洞內(nèi)水深，m。通過計(jì)算得出：當(dāng)洞內(nèi)水深為1.79m時(shí)（小于允許洞內(nèi)最大水深），引水流量達(dá)到8m3/s。

利用SPSS軟件，對堰上水頭及對應(yīng)的洞內(nèi)水深進(jìn)行曲線擬合，得到擬合方程：

h1=1.6lnh-0.57

R2=0.976（5）

P=0，說明擬合程度較高且達(dá)到顯著水平。式中：h1為堰上水頭，m；h為洞內(nèi)水深，m。通過計(jì)算得出：當(dāng)洞內(nèi)水深為1.79m時(shí)，堰上水頭為0.36m，即溢流堰應(yīng)加高0.36m。

2.2.2采用堰流公式計(jì)算

進(jìn)水閘引水流量可采用寬頂堰流公式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q為引水流量，m3/s；ε，σs，m分別為側(cè)收縮系數(shù)、淹沒系數(shù)和流量系數(shù)，取引蘭入湯工程原設(shè)計(jì)值0.83，0.80和0.32；b為進(jìn)水閘寬度，m；H0為從進(jìn)水閘底板高程起算的上游點(diǎn)水頭，m。

利用上述公式，通過計(jì)算得出：當(dāng)Q=8m3/s時(shí)，H0=2m。由于進(jìn)水閘底板高程為220.28m，溢流堰堰頂高程為221.92m，則可推求出溢流堰應(yīng)加高0.36m。

綜上所述，為滿足引蘭入湯工程引水流量達(dá)到8m3/s的要求，此次引蘭入湯溢流堰加高工程可在維持現(xiàn)有堰型不變的前提下，使其加高0.36m。

3　效益分析

溢流堰加高工程建設(shè)完成后，引水流量將由原來的6.3m3/s增至8.0m3/s。以2008年（平水偏枯年）為例，全汛期有75d產(chǎn)生堰流，如按75d計(jì)算，引水量將增加1101.6萬m3；如全部用于供水，水費(fèi)按0.55元/m3計(jì)算，水費(fèi)收入將會(huì)增加605.88萬元。由此可見，引蘭入湯溢流堰加高工程的建設(shè)將會(huì)有效緩解湯河水庫供水緊張局面，既提高了供水保證率，又增加了經(jīng)濟(jì)效益。

TV672

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2015-04-22