黑河市爱辉区石头人水库泄洪(输水)洞设计

摘要: 黑河市爱辉区石头人水库枢纽工程由土坝和泄洪（输水）洞组成，泄洪（输水）洞布置在大坝桩号0+130处，采用涵闸型式，由进口U型槽、闸室、涵洞、出口闸室、消力池及海漫组成。

关键词: 泄洪（输水）洞;设计;稳定验算

Abstract: Heihe City District Stone People reservoir project by the dam and release flood waters ( water ) hole formed, release flood waters (water) disposed on the dam hole pile number 0+130, the sluice type, by importing U groove, lock chamber, culverts, outlet chamber, plunge pool and apron.

Key words: release flood waters (water) hole; design; stability checking

中图分类号：F407.9 文献标识码A 文章编号

1. 概况

黑河市爱辉区石头人水库位于黑龙江右岸一级支流五道壑洛河上游，在黑河市爱辉区幸福乡幸福村境内，距黑河市15km。坝址地理坐标为东经127°22′46″，北纬50°14′29″。总库容20.40×104m3。石头人水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪和水产养殖等综合利用的小（2）型水库，水库设计灌溉水田520亩，水库对下游2个村屯、1086人、2000亩耕地及黑呼公路具有一定的防洪保护作用。

水库枢纽工程由土坝和泄洪（输水）洞组成，水库除险加固后，坝长172m，坝顶宽4.0m，坝顶高程为213.50～214.85m；泄洪（输水）洞布置在大坝桩号0+130处，在原输水洞轴线左侧12m，采用涵闸型式，由进口U型槽、闸室、涵洞、出口闸室、消力池及海漫组成。

2.输水洞现状及存在的问题

原输水洞位于大坝桩号0+142处，为坝下预制砼圆涵，管内径0.6m，进口底高程205.38m，最大引水流量为1.5m3/s，输水洞坝下涵管发生裂缝、多处脱节，漏水严重，出口消能设施及海漫水毁，威胁大坝安全，输水洞现已废弃、封堵，不能引水灌溉，工程存在严重安全隐患，不能安全运行，不但对下游幸福村、高地营子村及黑呼公路构成了威胁，而且影响了水库效益的正常发挥。

3.泄洪（输水）洞设计

根据《防洪标准》 (GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000)，确定工程等别为Ⅴ等，泄洪（输水）洞永久建筑物级别为5级，永久建筑物设计洪水标准采用10年一遇洪水设计，20年一遇洪水校核，建筑物消能防冲设计洪水标准采用10年一遇洪水设计。

3.1泄洪结构型式比较

新建泄洪（输水）洞具有泄洪和灌溉引水作用，本次设计对泄洪结构型式进行了三个方案的比选，方案一为开敞式溢洪道加灌溉输水洞，宽顶堰堰顶高程为正常蓄水位211.30m，溢流段宽L=3m；方案二为有闸控制溢洪道加灌溉输水洞，宽顶堰堰顶高程为210.80m，溢流段宽L=2m；方案三为泄洪（输水）洞，洞身断面尺寸为1.0m×1.8m方涵，进口底板顶高程为205.90m。投资比较见表3-1

3-1泄洪结构型式投资比较表

由上表可知，方案三最经济，故选泄洪（输水）洞型式。

3.2泄洪（输水）洞洞径比较

泄洪（输水）洞洞径采用三种方案进行比较：方案一为1.0×1.5m方涵，方案二为1.0×1.8m方涵，方案三为1.0×2.0m方涵。

由表3-2以看出，方案一投资最少，但考虑泄洪（输水）洞维修方便，选择方案二即洞身断面尺寸1.0×1.8m方涵合适。

3.3泄洪（输水）洞布置及结构型式

新建泄洪（输水）洞布置在大坝左侧桩号0+130处，采用钢筋砼涵闸式，由进口U型槽、闸室、涵洞、出口闸室、陡槽、消力池及海漫组成。

进口U型槽长10.00m，首端底宽3.0m，末端底宽1.00m，底板顶高程205.90m。

闸室长6.0m，闸底板顶高程205.90m, 闸底板厚1.00m，闸墩厚1.0m, 闸墩顶高程208.20m，闸室内设工作闸门及检修闸门各一扇，闸室上设工作桥，工作桥上设启闭机控制闸门。

涵洞全长27.00m，分两节布置，洞身断面尺寸1.0×1.8m(宽×高)，底板纵向比降i=1/100，洞身顶板及侧板厚度均为0.40m，底板厚度为0.50m。

出口闸室长3.2m，闸底板顶高程205.63m，闸底板厚1.00m，闸墩厚0.8m, 闸墩顶高程207.93m，闸室上设工作桥，工作桥上设启闭机控制节制闸及灌溉进口闸门。出口闸室右侧灌溉洞设计流量为0.05m3/s，全长10.00m，洞身断面尺寸1.0×1.5m(宽×高)，底板纵向比降i=1/10，洞身顶板及侧板厚度均为0.30m，底板厚度为0.40m。

出口闸室后接陡槽，陡槽采用扩散式钢筋砼U型槽，陡槽总长12.12m，坡比1:4.0，首末宽度分别为1.0m和1.98m，底板厚0.7m。

消力池采用扩散式钢筋砼U型槽，消力池总长12.60m，首末宽度分别为1.98m和3.0m，消力池底板顶高程202.60m，底板厚0.9m，池深1.1m。

消力池后接干砌石海漫，海漫采用等宽梯形断面，底宽1.5m，总长20.00m，边坡1:1.5，护坡护底采用厚0.3m的干砌石护砌，下设20cm厚砾石垫层和10cm厚砂垫层，海漫末端设1.5m深防冲槽。

3.4泄洪（输水）洞水力计算

泄洪（输水）洞最大泄量6.3m3/s，i=0.01，最高水位212.63m，闸底板顶高程205.90m，采用有压钢筋砼箱涵，初拟涵洞孔径1.0m×1.8m。

⑴ 按自由出流计算过水能力

式中： ω——输水洞断面面积（m2），ω＝1.8m2；

a——涵洞高度（m）， a＝1.8m；

β——势能修正系数， β＝0.65；

L——洞身长度，L=30m；

R——水力半径，R=ω/X=0.32；

C——谢才系数，C=1/n R1/6=48.69；

X——湿周，X=5.6m；

μ——流量系数，μ=0.56；

H0——涵前水深，（m）；

Σξ——从进口到出口的各种局部水头损失系数之和Σξ=1.5。

经计算：H0=4.8m，Qmax =8.8m3/s>6.3m3/s。

⑵ 消能防冲设计

根据《防洪标准》 (GB50201-94)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252-2000)，确定工程等别为Ⅴ等，大坝泄洪（输水）洞等永久建筑物级别为5级，消能防冲建筑物洪水标准为10年一遇洪水设计。10年一遇设计洪水位为211.30m，设计泄量4.60m3/s。