□謝玉仁（河南省豫北水利勘測設計院）

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觀文水庫取水隧洞水力計算分析

□謝玉仁（河南省豫北水利勘測設計院）

摘要：觀文水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉和鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村供水、生態(tài)環(huán)境供水等綜合利用的中型水利工程。觀文水庫取水隧洞較好地結(jié)合地形、地質(zhì)、水文和樞紐布置的特點，取水隧洞布置在大壩左岸山體內(nèi)，采用塔式進水口。取水隧洞與施工導流洞相結(jié)合，滿足施工和使用階段要求，并兼顧生態(tài)考慮，水流流態(tài)良好。文章對取水隧洞水力計算進行了分析。

關鍵詞：觀文水庫；取水隧洞；水力計算；生態(tài)放水管

1概況

觀文水庫位于赤水河左岸二級支流白泥河上游，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉和鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村供水以及生態(tài)環(huán)境供水等綜合利用的中型水利工程。水庫總庫容1348萬m3，設計灌溉面積0.36萬hm2。水庫樞紐工程主要包括攔河大壩、溢洪道、取水（放空、導流）隧洞工程，取水（放空、導流）隧洞布置于大壩左岸的山體內(nèi)。

2取水隧洞布置

2.1設計原則

根據(jù)觀文水庫工程的地形、地質(zhì)、水文和樞紐布置的特點，確定取水隧洞的設計原則如下：一是滿足下游灌區(qū)的灌溉及水庫放空需要；二是取水建筑物正常運行時，必須確保大壩及其他主要建筑物的運行安全，不對其他主要建筑物構(gòu)成危害性影響；三是確保取水建筑物的運用安全可靠及管理方便。

2.2布置型式

根據(jù)地形條件、技術及經(jīng)濟比較，取水隧洞布置在大壩左岸山體內(nèi)，采用塔式進水口。施工期導流洞用作施工導流，施工后期導流洞進口段封堵后，將進水塔及導流洞直線段連接，以“龍?zhí)ь^”形式改建為取水隧洞，承擔取水灌溉及放空任務。取水隧洞由進口段、進水塔段、洞身段和出口消能段等組成，取水隧洞洞線全長332.90 m，洞身段長230.45 m。

3水力計算分析

3.1取水隧洞流量計算

根據(jù)水庫運行要求，取水隧洞設計流量2.20 m3/s，加大流量2.75 m3/s；同時取水隧洞承擔水庫放空任務，進水塔底高程1068.50 m以上至正常蓄水位1090.00 m之間庫容為1000.60萬m3，要求15 d放空，平均放空流量為7.72 m3/s，隧洞最大允許過流受隧洞出口節(jié)制閘過流限制，經(jīng)計算，隧洞最大允許過流為34.60 m3/s。

進水塔工作閘閘室寬2.00 m，高2.50 m。取水隧洞斷面型式采用圓拱直墻形，洞身凈寬2.50 m，直墻高2.50 m，頂部為直徑2.50 m半圓拱。

庫水位位于1071.50 m以上時，隧洞斷面需滿足灌溉流量要求，同時需滿足放空流量要求，設計隧洞斷面型式采用圓拱直墻形，洞身凈寬2.50 m，直墻高2.50 m，頂部為直徑2.50 m半圓拱，洞壁為0.40 m厚C25鋼筋混凝土襯砌。

根據(jù)《水力計算手冊（第二版）》，當H/a＜1.20時為無壓流，經(jīng)計算，庫水位位于死水位1071.50 m以上時，取水隧洞為進口段設置有壓短洞的無壓泄流隧洞，其泄流能力計算采用《水利設計手冊》（第二版）（公式7-1-15）進行計算，公式如下。

式中：H—由有壓短洞出口的閘孔底板高程起算的上游庫水深；ε—有壓短洞出口的工作閘門垂直收縮系數(shù)；e、B—閘孔開啟高度、水流收縮斷面處的底寬；μ—短洞有壓段的流量系數(shù)；φ—流速系數(shù)；ωc—收縮斷面面積，ωc=εBe；ζi—自進口上游漸變流斷面至有壓短洞出流后的收縮斷面之間的任一局部能量損失系數(shù)；ωi—與ζi相應的過水斷面面積；la—有壓短洞的長度；ωa、Ra、Ca—有壓短管平均過水斷面面積、相應的水力半徑和謝才系數(shù)。

根據(jù)水位變化及閘門開度，依據(jù)以上公式，計算取水隧洞在正常蓄水位1090.00 m至死水位1071.50 m之間不同閘門開度下的流量，得到取水隧洞閘門開度流量關系表，結(jié)果見表1。

由表1可以確定，根據(jù)不同水位及時調(diào)節(jié)閘門開度，取水隧洞可以滿足灌溉及放空流量要求。

表1　取水隧洞閘門開度流量關系表?。▎挝唬簃3/s）

當庫水位位于1071.50 m以下時，取水隧洞為無壓流，公式采用《水力計算手冊》（第二版）（公式7-1-6）計算。

式中：Q—流量，m3/s；b—隧洞過水斷面寬度，2.00 m；σs—淹沒系數(shù)，取1。H0—隧洞進口斷面底板高程起算的上游總水頭，m；m—流量系數(shù)，取0.39。根據(jù)計算，當閘門全部開啟，庫水位為死水位1071.50 m時，最大流量17.71 m3/s，能滿足灌溉流量要求。

3.2生態(tài)放水管流量計算

為保證河流基本生態(tài)要求，須下泄一定生態(tài)流量，經(jīng)分析，觀文水庫最小須下泄生態(tài)流量0.04 m3/s。根據(jù)生態(tài)流量需要，設計在進水塔邊墻埋設φ125鋼管用于下泄生態(tài)水，放水管中心高程為1069.50 m，根據(jù)《水力計算手冊（第二版）》管流流量計算公式計算放水管放水流量，公式如下。

式中：Q—流量；μc—管道流量系數(shù)；A—管道斷面面積；d—管道內(nèi)徑；L—管道計算長度；H—作用水頭；λ—沿程水頭損失系數(shù)；∑ζ—管道計算段中各局部損失系數(shù)之和。

經(jīng)計算，在水庫不同水位下生態(tài)流量放水管的過流能力見表2。

表2　生態(tài)流量放水管過流能力計算成果表

由計算結(jié)果可以看出，庫水位于死水位1071.50 m時，下泄流量為0.04 m3/s，滿足死水位時保證下泄最小生態(tài)流量0.04 m3/s的要求。如需加大下泄生態(tài)流量，可通過進水塔工作閘門啟門來實現(xiàn)，若不需下泄生態(tài)流量，可將進水事故塔檢修閘門關閉。

4結(jié)語

通過計算可知，取水隧洞可以滿足灌溉及放空流量要求，并兼顧生態(tài)考慮。

（責任編輯：左英勇）

中圖分類號：TV67

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8853（2016）05-0078-02?

作者簡介：謝玉仁（1982-），男，工程師，長期從事水利規(guī)劃設計工作。

收稿日期：2016-04-12