孔令武，滿月光，宋 翔

（南水北調(diào)東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109）

南水北調(diào)二級壩泵站位于山東省微山縣歡城鎮(zhèn)境內(nèi)，是南水北調(diào)東線工程的第10級抽水泵站，主要任務(wù)是將水從南四湖下級湖提至上級湖，實現(xiàn)南水北調(diào)東線工程的梯級調(diào)水目標。二級壩泵站位于高莊煤礦和崔莊煤礦規(guī)劃開采范圍，引水渠主要布置于高莊煤礦北部，大部分已處于深部采空范圍，已造成引水渠南部左岸和右岸出現(xiàn)嚴重損害。

1 泵站引水渠概況

引水渠總長2112.4m，連接下級湖內(nèi)的東股引河和泵站進水閘，將南水北調(diào)的水順利引至泵站進水池，滿足水泵提水運行的需要。引水渠全線橫斷面均采用梯形明渠輸水斷面，引水渠進口底高程27.80m，泵站進水閘前渠底工程27.30m，渠底比降1/4025，左堤頂寬4.5m，右堤頂寬2.0m。

引水渠樁號為設(shè)計樁號，0+000樁號設(shè)在泵站主廠房中心點，向上級湖為正，向下級湖為負。引水渠起點位于進水閘上游100m處，樁號為-0+183.20，末端位于引水口處，樁號為-2+295.6。引水渠在-0+955.14樁號設(shè)彎道，彎道軸線曲率半徑300m，圓心角20°；在-2+094.73樁號設(shè)彎道，彎道軸線曲率半徑300m，圓心角22°。

2 引水渠原縱橫斷面設(shè)計

2.1 縱斷面及水面線設(shè)計

引水渠設(shè)計流量125m3/s，冬季最小引水流量80m3/s。引水渠進口底高程設(shè)計為27.8m，低于東股引河底高程0.6m。泵站進水閘前渠底工程27.30m，渠底比降1/4025。引水渠梯形斷面，底寬60m，邊坡1∶2.5。引水渠水面線利用引水渠進口水位作為起始水位，按明渠均勻流公式向下游推算，與引水渠段末端進水閘上游水位銜接。

2.2 引水渠橫斷面設(shè)計

根據(jù)設(shè)計流量的大小、工程地質(zhì)、渠床土壤、施工條件等因素，按照經(jīng)濟實用斷面的設(shè)計原則，力求挖方和筑堤方、填筑站區(qū)防洪平臺土方實現(xiàn)基本平衡，以減少占地，據(jù)此確定設(shè)計水深為5.0m，設(shè)計邊坡為1∶2.5。引水渠內(nèi)邊坡采用預制混凝土板襯砌，渠底碾壓密實、不襯砌，綜合糙率系數(shù)為0.022，設(shè)計底寬為60m。

3 引水渠過流能力分析

3.1 引水渠測量方式

本次測量采用2000國家大地坐標系統(tǒng)，3°分帶，中央經(jīng)線為東經(jīng)117°。地面數(shù)據(jù)采集是在山東省建立的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行參考網(wǎng)系統(tǒng)（SDCORS）下，采用徠卡GS15型GPS衛(wèi)星接收機，運用GPS實時動態(tài)測量RTK技術(shù)獲得各點的2000國家大地坐標，室內(nèi)使用CASS數(shù)字成圖軟件繪制地形圖；水下數(shù)據(jù)采用測量船上架設(shè)GNSS接收機掛接中海達HD310型全數(shù)字雙頻測深儀的方式，由GNSS接收機獲取平面坐標及正常高，測深儀獲取水深數(shù)據(jù)，通過計算獲取水下點的高程數(shù)據(jù)，完成渠道內(nèi)水下地形測量，最終室內(nèi)生成水下等高線。利用采集到的數(shù)據(jù)，使用斷面生成軟件形成渠道縱、橫斷面成果及縱、橫斷面圖。

3.2 工程變形觀測數(shù)據(jù)分析

受煤礦地下采煤影響，自施工期引水渠不同渠段就開始發(fā)生不同程度的沉降變形，部分渠段和引水渠交通橋現(xiàn)已沉入水中。2009年4月30日至2012年11月25日，觀測點最大沉降值在-（1+639）樁號處，沉降值為3.52m。2013年3月通水初步驗收后，對樁號-（0+183.2）至-（1+659）已發(fā)生沉陷的部分引水渠進行了測量，樁號-（0+183.2）至-（1+059）段未發(fā)生沉降，-（1+059）至-（1+659）段發(fā)生沉降，沉降量最大值在-（1+638）斷面上，沉降值為3.748m。2019年12月觀測報告顯示自2013年2月引水渠東岸觀測點（H6）累計沉降量最大，為426.4mm，引水渠西岸觀測點（S5）累計沉降量最大，為600.5mm目前，設(shè)計樁號-0+600～-0+850范圍內(nèi)，引水渠右岸已完全沉入水下，設(shè)計樁號-1+300～-2+295.6范圍內(nèi)引水渠兩岸已完全沉入水下。最南端引水渠交通橋于2017年10月開始發(fā)生急劇沉降，至當年12月累計沉降量超過700mm，2018年初已完全沉沒至水面以下。目前該橋整體仍然沉沒于水面以下，橋面高程31.20m，沉降約3.1m。

3.3 引水渠過流能力分析

根據(jù)2019年測量資料，因沉降原因，引水渠整體下沉，如圖1，圖2所示。

通過現(xiàn)狀斷面與設(shè)計斷面對比，引水渠過水斷面普遍增大，水深加深，在樁號-0+600～-0+850，引水渠右堤已沉降至水位下，樁號-1+300后，引水渠已沉降至水下。

河道按天然河道恒定非均勻流基本方程式計算：

圖1 -0+600橫斷面圖

圖2 -1+304橫斷面圖

式中：z1、z2分別為上、下斷面水位，m；v1、v2分別為上、下斷面流速，m；△hW為水頭損失，m；△hf為沿程水頭損失，m；△hj為局部水頭損失，m。計算結(jié)果詳見表1。

表1 過水斷面面積統(tǒng)計表

根據(jù)測量結(jié)果顯示，過流斷面普遍增加10%以上，部分斷面堤防已沉至水位以下，通過計算，現(xiàn)狀引水渠過流能力滿足泵站提水運行要求，且對原連接東股引河與泵站進水池，將南水北調(diào)的水順利引至泵站進水池的功能無不利影響。

3.4 交通橋沉降及斷面過流能力分析

由于橋墩及橋板等的阻礙和束窄作用，在橋前形成一定的水位壅高。采用《橋梁水力學》中公式進行壅水計算：

式中：ΔZm為橋前最大壅水高度，m；η為阻水系數(shù)，根據(jù)規(guī)范，η值根據(jù)橋墩阻斷流量與設(shè)計流量的比值選取，當比值小于10%時，η=0.05；當比值介于11%～30%時，η=0.07；當比值介于31%～50%時，η=0.10；當比值大于50%時，η=0.15。

Vm為橋下平均流速，按照設(shè)計洪水流量除以橋址斷面凈過水面積；V為橋前平均流速，按照設(shè)計洪水流量除以橋址前斷面過流面積。經(jīng)計算，現(xiàn)狀交通橋壅水高度0.05m，原交通橋壅水高度0.06m。

原交通橋處設(shè)計過流斷面279.71m2，根據(jù)2019年7月測量資料，交通橋樁號處，扣除交通橋橋面、欄桿、橋墩等，過水斷面為462.21m2，增加65%，經(jīng)計算，交通橋處過流能力滿足泵站調(diào)度運行要求。但沉入水中的交通橋橋面結(jié)構(gòu)物對引水渠的水上運行管理存在隱患與威脅。

4 結(jié)語

現(xiàn)狀引水渠過流能力滿足設(shè)計輸水功能要求，引水渠采煤沉陷對泵站的調(diào)度運行無不利影響，符合泵站實際運行情況，現(xiàn)階段可不對引水渠采取處理措施。但為確保泵站工程安全，建議繼續(xù)在二級壩泵站樞紐工程范圍內(nèi)進行安全監(jiān)測，及時掌握泵站安全運行狀況，若后期引水渠沉陷對工程安全及運行產(chǎn)生影響時，應(yīng)及時制定方案，對工程采取措施，保證工程安全運行。交通橋已沉入水中，該處過流能力滿足設(shè)計輸水功能要求，可不拆除，為防止船只誤入引水渠，建議設(shè)置明顯、能顯示構(gòu)筑物輪廓的安全標識。