陇南市武都区马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝消能设计分析.pdf

农业与技术 农业工程陇南市武都区马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝消能设计分析何文才 李晓萍(杭州水利水电勘测设计院有限公司兰州分公司 甘肃 兰州)摘 要:陇南市武都区马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝因保护跨沟道引水管道修建 建成后多次因沟道突发山洪冲毁 同时引水管道也被破坏 通过对马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝消能设计分析 使该工程消能设计更加合理、可靠 从而降低对下游灌溉造成的损失 消能设计采用单宽流量 计算得出不同设计工况下消力池水力条件 用不同工况下的水力条件相应计算出对应工况下的消力池结构尺寸 经与原设计成果比较 认为本次设计拦水坝消力池满足抗冲、抗浮要求 设计合理关键词:拦水坝 消力池 流量中图分类号:文献标识码:/收稿日期:作者简介:何文才()男 本科 工程师 研究方向:高标准农田建设、节水灌溉理论与技术设计 中小河流治理规划及设计 背景 年 月 日武都区多地发生持续强降雨 受此影响 月 日武都区多处沟道突发山洪造成多处水利工程严重损毁 在此次灾害中 马街镇官化村引水灌溉工程跨沟道拦水坝左肩及埋入拦水坝内部跨河引水管道被冲断 无法发挥工程效益 该工程涉及当地 个村组的 农田灌溉用水 村组较多、灌溉面积较大 同时镇村干部多次要求对此工程进行修复 当地相关部门领导干部高度重视 安排专业设计人员对工程现场实地踏勘 提出修复设计方案 使该工程消能设计更加合理、可靠 从而降低对下游灌溉造成的损失 保护村民财产安全 经济、社会效益显著 项目区基本情况 项目区地理位置陇南市地处甘肃省南部 东邻陕西 南接四川西接甘南州 北靠定西市和天水市 位于 地势西北高 东南低 陇南北靠黄土高原 与天水秦州区、麦积区、武山县、甘谷县接壤 南抵四川盆地 与广元市、青川县、绵阳市平武县和阿坝州九寨沟县毗连 西依甘南高原与迭部县、舟曲县和定西市的岷县相连 东接秦巴山地 与陕西汉中市宁强县、略阳县、勉县和宝鸡市凤县为邻武都区地处甘肃东南部 境内海拔 气候条件得天独厚 温暖湿润 光热资源比较充足适宜于多种农作物生长 有各类动物 多种 有各类中药材 多种“武都黄连”饮誉中外 陇南地理位置如图 所示 项目区地理位置如图 所示图 陇南市地理区位图图 项目区地理区位图 农业工程 农业与技术 项目区概况陇南市武都区地处白龙江中游段 属大陆性亚热带气候 降水量为白龙江偏低区 日照充足 夏季炎热 冬季微寒 据武都区气象站资料统计 多年平均气温 年平均降雨量 年平均蒸发量 平均日照时数 夏季盛行东南风 冬季以西北风为主 多年平均风速 最大风速 最大冻土深度 马街镇地处西秦岭 位于北浴河下游五风山北麓 距武都城区 有耕地面积 荒山荒坡 林地面积 草地面积 马街镇地势东北高西南低 地形为沟壑纵横、峰峦叠嶂的山地地貌 境内最高海拔 最低点海拨 这里长年光照充足、热量充足、风小雨少、气候干燥、物候期短的独特气候因素 特别适宜农业发展图 项目区月平均降雨量及平均蒸发量 项目区流域概况北峪河在马街镇东部流入 从西南部流出 属长江流域嘉陵江水系白龙江左岸一级支流 发源于武都和礼县交界的瓦房山下 源地海拔高程 流经安化、柏林、马街、城郊、城关 于武都城汇入白龙江 全长 流域面积 多年平均流量 年径流总量 亿 北峪河水系图如图 所示图 项目区月平均气温及平均风速图 北浴河水系图 水文成果 径流工程位置在文家沟沟道内 工程断面处的水量按照区间面积来计算 计算成果见表 洪水工程断面无实测洪水资料 且集水面积小于 因此采用推理公式和铁一院公式计算沟道洪水 根据相应公式计算的洪峰流量见表 表 工程断面径流成果表控制断面集水面积/设计频率多年平均文家沟/()/表 工程断面洪峰流量成果表断面位置控制面积/方法文家沟 铁一院法(推荐值)推理公式法(比较值)地质成果经地质勘探 溢流堰加固位置地层岩性为冲洪积砂砾石层():浅土灰黄色 卵石含量 砾石含量 砂含量 最大 农业与技术 农业工程粒径约 渗透系数 结构密实成层稳定 可以作为本工程良好的持力层 砂砾石层的允许地基承载力 变形模量 与砼的摩擦系数为 工程区地震动峰值加速度为 、如图、图 所示 相应的地震基本烈度为度 地震动反应谱特征周期为 图 地震动反应谱特征周期区划图图 地震动峰值加速度区划图 拦水坝消能设计概述马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝消能设计为在原拦水坝下游修建消力池消能 方式为底流消能 消力池溢流面紧贴原拦水坝布置同时起到加固作用 根据水力条件设计为溢流堰、消力池、齿墙、海漫等几部分 工程规模确定为等小型工程 其主要建筑物级别为 级 为保证拦水坝及消力池安全稳定运行 本次消力池设计洪水标准提高 级按 年 遇设计 按照水文计算结果 本阶段溢洪道的消能防冲计算流量 拦水坝加固消力池高度 顺水流方向依次放坡 、至消力池底板 下落深度为 消力池水平段长度 水平段底板厚度为 消力池尾部为挑流齿墙 齿墙与底板连接处为 逆坡 长度 后再水平延伸 消力池下部设置防冲齿槽 加固后整体长度 加固设计结构图 如图 所示图 设计结构图 水力计算根据上述水文地质资料及消力池结构图 做不同工况下的水力计算 收缩水深计算收缩水深可按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()式中 为收缩水深 为由消力池底板顶面算起的总势能 为过闸单宽流量 为水流动能校正系数 可采用 为孔流流速系数 采用 根据上述参数 计算得收缩水深见表 表 收缩水深计算表设计工况流量/()单宽流量/()消力池宽度/上游水位/总势能/水流动能校正系数 流速系数重力加速度/()收缩水深/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 农业工程 农业与技术 跃后水深计算跃后水深可按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()式中 为收缩水深 为跃后水深 为消力池首端宽度 为消力池末端宽度 其余参数同前 根据上述参数 计算得跃后水深见表 出池落差计算出池落差可按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()式中 为出池落差 为出池河床水深 其余参数同前 根据上述参数计算出池落差 结果见表 表 跃后水深计算表计算工况流量/()单宽流量/()消力池首端宽度/消力池末端宽度/水流动能校正系数 收缩水深/重力加速度/()跃后水深/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 表 出池落差计算表计算工况单宽流量/()水流动能校正系数 流速系数跃后水深/重力加速度/()出池河床水位/下游河床高程/出池河床水深/出池落差/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 消力池尺寸计算根据上述水力计算成果 计算不同工况下消力池深度、长度、底板厚度等几何特征 复核设计成果的合理性 消力池深度计算消力池深度可按 水闸设计规范附录 公式 计算:()式中 为消力池深度 为水跃淹没系数采用 其余参数同前 根据上述参数 计算得消力池深度见表 设计消力池深度为 经与表 对照 符合各工况下的设计要求表 消力池深度计算表工况流量/()单宽流量/()水跃淹没系数 跃后水深/出池河床水深/出池落差/消力池深度/下游水位/单宽势能/水/()年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 消力池长度计算水跃长度可按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()()式中 为水跃长度 其余参数同前消力池长度可按 水闸设计规范 农业与技术 农业工程附录 公式 计算:()式中 为消力池长度 为消力池斜坡段投影长度 为水跃长度校正系数 采用 其余参数同前 根据上述参数 计算得消力池长度见表表 消力池长度计算表工况流量/()单宽流量/()水跃长度校正系数 跃后水深/收缩水深/消坡段投影长度/消力池长度/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 设计消力池长度为 经与表 对照 符合各工况下的设计要求 消力池底板厚度计算消力池底板厚度计算按照满足抗冲及抗浮 个方面计算 计算结果需均满足抗冲及抗浮要求 具体计算分述如下 抗冲根据抗冲要求 消力池底板厚度按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()式中 为消力池底板厚度 为泄水时的上下游水位差 为消力池底板计算系数 采取 其余参数同前 根据上述参数 计算抗冲条件下消力池底板厚度 结果见表 表 抗冲条件下消力池底板厚度计算表工况流量/()单宽流量/()消力池底板计算系数 上游水位/下游水位/上下游水位差/消力池厚度/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 设计消力池底板厚度为 经与表 对照符合各工况下的设计要求 抗浮根据抗浮要求 消力池底板厚度按 水闸设计规范 附录 公式 计算:()式中 为消力池底板安全系数 取 为作用在消力池底板底面的扬压力 为作用在消力池底板顶面的水重 为作用在消力池底板上的脉动压力 为消力池底板的饱和重度 其余参数同前 根据上述参数 计算抗浮条件下消力池底板厚度 结果见表 设计消力池底板厚度为 经与表 对照符合各工况下的设计要求表 抗浮条件下消力池底板厚度计算表工况扬压力/水重/脉动压力/安全系数底板容重/()抗浮/抗浮/下游水深/年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 年 遇 农业工程 农业与技术 结论及建议陇南市武都区马街镇官化村引水灌溉工程拦水坝因保护灌溉工程跨沟道引水管修建 建成后多次因沟道洪水冲毁 同时引水管道也被破坏 本次通过在此拦水坝下游修建消力池 对此拦水坝过流进行消能防止下游经过洪水冲刷 造成拦水坝下部被水冲蚀发生破坏 同时消力池紧挨拦水坝布置 对拦水坝起到加固作用 防止上游洪水压力及上游泥沙压力 造成拦水坝无法抵抗压力发生破坏 经过对不同设计工况下消力池水力条件计算及消力池结构尺寸计算 本次设计成果符合加固消能要求 同时在运算过程中发现上述水闸设计规范中 对于小流量工况下的计算成果偏大 不符合实际水力条件参考文献 李晓萍 何文才.甘肃省陇南市武都区油橄榄灌溉水量平衡分析.农业与技术 ():.中国地震动参数区划图.水利水电工程等级划分及洪水标准.水力学.第 版.北京:清华大学出版社.水闸设计规范.潘世虎.水闸底流消能计算公式的分析与改进.人民黄河 ():.(责任编辑 贾灿)