宋必連

（山西省水利水電勘測設計研究院）

1 工程簡況

孝義市勝溪湖濕地公園依托張家莊水庫而建，為阻止泥沙直接進入水庫、減緩庫區(qū)泥沙淤積，在確保防洪安全的前提下，宜在下堡河和兌鎮(zhèn)河入庫河段，利用現(xiàn)有地形開挖沉沙池，沉沙池與水庫之間通過濕地水系和新挖泄洪渠連接。在沉沙池東南側泄洪渠首布設一道泄洪閘，以確保汛期洪水經(jīng)沉沙池平順進入張家莊水庫。

2 工程規(guī)模及設計標準

根據(jù)水利工程有關標準，勝溪湖濕地公園泄洪閘采用20年一遇（P＝5%）洪水標準設計，泄量為886.9 m3/s；采用 50年一遇（P＝2%）洪水標準校核，泄量為1 371.1 m3/s。

3 泄洪閘結構設計

勝溪湖濕地公園泄洪閘布置在泄洪渠首，包括進口段、控制段、陡坡段、消力池段和護坦段等五部分。

3.1 進口段(樁號0-090—0+000)

泄洪閘進口段總長90 m，包括扭面段、喇叭口段和直墻段。扭面段和喇叭口段平面均為弧線，轉彎半徑95 m，實際長度分別為41 m和53 m；直墻段長10 m。邊墻均采用C25鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構，高度由3.0 m漸變?yōu)?.6 m。引水渠設計縱坡為1∶100，底板采用C25鋼筋混凝土鋪蓋，板厚50 cm。

3.2 控制段(樁號0+000—0+025)

泄洪閘控制段即泄洪閘室，采用寬頂溢流堰，長25 m，凈寬75 m，分3孔，每孔寬25 m。閘門型式采用鋼壩閘，共3扇。閘室的兩側均設25.0 m×2.5 m×7.6 m（長×寬×高）的箱式沉井一座，內(nèi)設閘門控制機電設施；在閘室中間布設規(guī)格為25.0 m×2.0 m×7.8 m的箱式沉井一座；泄洪閘室的總寬度為90.6 m。閘室底板采用C25鋼筋混凝土結構，根據(jù)沉沙池底高程、年均沉沙厚度及鋼壩閘的安裝要求，確定閘室底板高程為769.50 m，厚度1.0 m。

3.3 陡坡段（樁號0+025—0+045）

泄洪閘室后緊接沿水流方向長20 m的陡坡段，陡坡段凈寬90.6m，縱坡1∶18.7，邊墻高度由7.6m漸變?yōu)?.6 m，邊墻采用C25鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構。底板采用C25鋼筋混凝土結構，厚度50 cm，底板下設30 cm厚的反濾層。

3.4 消力池段（樁號0+045—0+067）

泄洪閘陡坡末端布設消力池，消力池段沿水流方向長22 m，凈寬90.6 m，底板高程為767.32 m，邊墻頂高程為772.72 m，高度為5.4 m，采用C25鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構。底板采用C25鋼筋混凝土結構，厚度50 cm，內(nèi)設φ100 mm的豎向排水孔，間距2 m，梅花型布置。底板下設30 cm厚的反濾層。

3.5 護坦段（樁號0+067—0+119）

消力池出口末端設護坦，護坦段沿水流方向長52 m，首端底高程為 767.32 m，縱坡為 1∶500。護坦采用30 cm厚的格賓石籠鋪蓋，下設30 cm厚的反濾層。邊墻為扭面，由漿砌石重力式擋土墻漸變成1∶3的漿砌石襯砌邊坡，與泄洪渠渠堤自然連接。

4 泄洪閘水力計算

4.1 泄流能力核算

泄洪閘室控制段為寬頂溢流堰，泄量計算采用公式：

式中：Q為泄量，m3/s；m為二元水流寬頂堰流量系數(shù)，與相對上游堰高P1/H及堰頭形式有關，查《溢洪道設計規(guī)范》（以下簡稱：溢規(guī)）表A.2.3-1、表A.2.3-2可得；ε為側收縮系數(shù)，按溢規(guī)中A.2.1要求?。籅為堰頂寬，取75 m；g為重力加速度，取9.8 m/s2；H0為計入流速水頭的堰上總水頭，m。

經(jīng)計算，當H0＝3.90m時，相應泄量 886.9 m3/s；當H0＝5.22 m時，相應泄量1 371.1 m3/s。閘室底板高程769.50 m，由此確定20年一遇設計洪水位為773.40 m，50年一遇校核洪水位為774.72 m。

4.2 陡坡段水力計算

4.2.1 陡坡段水面線

水面線根據(jù)能量方程，采用分段求和法計算（公式略）。

4.2.2 陡坡段水流摻氣水深

水流摻氣水深，按溢規(guī)中的公式計算（公式略）。按溢規(guī)規(guī)定，陡坡段邊墻高度，應根據(jù)波動及摻氣后的水面線再加0.5-1.5 m的安全超高。設計泄量886.9 m3/s下的水面線及校核泄量1 371.1 m3/s下的水面線計算結果見表1。

表1 設計與校核泄量陡坡段水面線計算成果表

4.3 出口消能段水力計算

考慮到實際地形與地質(zhì)條件，確定出口消能采用底流消能方式。

4.3.1 收縮斷面水深h1的計算

消力池收縮斷面水深h1采用以下公式計算：

式中：E0為以收縮斷面底部為基準面的水流總比能，m；h1為收縮斷面的水深，m；q為單寬泄量，m3/s/m；ψ為流速系數(shù)，取0.95。

4.3.2 躍后水深h2的計算

消力池躍后水深h2按溢規(guī)中的公式（略）計算。

4.3.3 消力池長度Lk的計算

計算公式為：Lk＝ 0.8L，L＝6.9(h2-h1)

式中：L為自由水躍的長度，m。

4.3.4 消力池池深d的計算

計算公式略，水躍淹沒度取1.05。

消力池水力計算結果見表2。根據(jù)消力池水力計算結果，確定消力池的長度為20 m，不設池深。

表2 消力池水力計算結果表

4.4 護坦段水力計算

根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL265-2001附錄B.2，護坦長度按下式計算：

式中：Lp為護坦長度，m；q為消力池末端單寬流量，m3/s；ΔH′為閘孔泄水時上下游水位差，m；K為系數(shù)，取11。經(jīng)計算，護坦長度為52 m。

5 泄洪閘室穩(wěn)定計算

泄洪閘室穩(wěn)定計算包括抗滑穩(wěn)定驗算、抗傾覆穩(wěn)定驗算和基底壓力計算，均按《水閘設計規(guī)范》中的公式進行。經(jīng)計算，抗滑穩(wěn)定系數(shù)4.66＞1.20，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)135.3＞1.50，均滿足設計要求；基底壓力Pmax＝44.8 kPa，Pmin＝24.79 kPa，η＝1.81＜[η]＝2.0，也滿足設計要求。計算結果表明，泄洪閘結構設計合理。

6 結語

本工程建成后，不僅能夠提高河道的防洪標準，提升濕地公園的品質(zhì)，又可以大大提高下游張家莊水庫的防洪減災能力。同時，還可以改善生態(tài)環(huán)境，使人與自然更加和諧。