玉溪河灌区建山渡槽增大流量技术探讨

袁松涛

(四川省玉溪河灌区管理局，四川 邛崃，611530)

水力计算

玉溪河灌区建山渡槽增大流量技术探讨

袁松涛

(四川省玉溪河灌区管理局，四川 邛崃，611530)

本文分析了建山渡槽未达设计流量的原因，提出技术改造方法，即加大上下游水位差，将位能转化为动能，加大流速，加大水面比降，以达到增大过水流量的目的。

建山渡槽 增大流量 技术方案 玉溪河灌区

1 建山渡槽基本情况

建山渡槽位于玉溪河引水主干渠的“咽喉”部位，直接控制灌区灌溉和经济效益。渡槽起止桩号为35+234m～35+533m，全长299m，设计流量为20m3/s，分为U形和矩形渡槽。主体结构槽身为6跨双悬臂加拉梁U形槽壳，长度为192m，每跨长度为32m；槽身设计尺寸宽为3.60m，高为2.40m，内半径1.8m，比降1/800，糙率为0.012。U形渡槽进出口为矩形渡槽，进口段长82m，出口段长25m，设计尺寸宽为3.60m，高为2.60m，比降1/800，衬砌材料为浆砌条石，糙率为0.013。U形渠槽下部结构为A形斜柱双排架，最高27.7m，矩形渠槽为重力墩，基础为混凝土承台，置于基岩上。地质条件为厚4m～7m粘土夹块石，基岩为粉砂质泥岩。

建山渡槽上游渠道为矩形断面，断面尺寸宽为3.90m，高为2.60m，渠道底坡为1/260，衬砌材料为浆砌条石，糙率约为0.013，设计水深为1.30m。下游渠道为梯形断面，断面尺寸宽为3.60m，高为3.50m，边坡系数为1∶1，渠道底坡为1/2500，衬砌材料为浆砌卵石砂浆抹面，糙率约为0.020，设计水深为2.60m。

2 建山渡槽存在的问题

建山渡槽设计流量为20m3/s，建成后实际流量为16.5m3/s。后经多次技术改造，改造后实际流量为17.5m3/s。主要改造措施为：

2.1 抹面减糙

原槽身为现浇钢筋混凝土，表面较粗糙，经过挂网砂浆抹面，糙率由原来的0.015减小为0.012，现糙率已满足设计要求。

2.2 加长U形槽身

将原来的进出口矩形槽身改为U形槽身，进口加长35m，出口加长25m，现实际U形槽身长度为252m。

2.3 改造出口渐变段

渡槽出口原始渐变段为U形断面直接过渡为梯形断面，长度不足，底坡不规则，且出口刚好位于下游渠道弯道处。后经改造，将渐变段加长为25m，增加矩形连接段，由U形断面渐变过渡为矩形后，再过渡为梯形断面。

3 建山渡槽过流不足的原因

3.1 槽身断面积偏小

建山渡槽U形设计断面尺寸为宽为3.60m，高为2.40m，内半径1.8m，设计水深为2.30m，过水断面积为6.81m2。现实际宽为3.45m，高为2.30m，内半径1.7m，正常水深为2.20m，过水断面积为6.31m2，减小0.5m2，按流速3m/s计算，减小流量1.5m3/s。

3.2 槽身底坡偏小

渡槽U形断面设计底坡为1/800。经实测，其中主体U形槽身第1跨为1/860，第2跨为1/1280，第3跨为1/2900，第4跨为1/1500，第5跨为1/600，第6跨为1/650，进出口总高差为0.20m，实际底坡平均为1/960，远小于设计底坡，对应水面比降偏小，且不均匀。

3.3 渡槽预留水头损失不足

经实测，U形渡槽进口段上游矩形渠槽底坡为1/800，根据设计水力要素表，上游渠道正常水深为1.95m，流速为2.67m/s，渡槽设计水深为2.30m，设计流速为3m/s。

如图1，在渡槽进口U形断面1-1和矩形断面2-2间，能量守恒定律为：上游总水头=下游总水头，即：

(1)

式中：h1为上游水深；v1为上游流速；p1为上游水面压强，等于大气压p；h2为渡槽水深；v2为渡槽流速；p2为渡槽水面压强，等于大气压p；Δh为渡槽进口渐变段底板高差；hj为渐变段水头损失；a为能量修正系数；γ为水的密度。

由图1可知，进口水头损失(水面降落)值z1=h1-Δh-h2，代入公式(1)得：

进口水头损失(水面降落)值为z1=0.10m，渡槽进口底板高程设计高差值Δh=h1-h2-z1=1.95-2.30-0.10=-0.45m，U形渡槽进口底板高程应降低0.45m，但实际U形渡槽进口和矩形渡槽底扳高差仅为0.10m。目前，上游100m处设计水深为1.30m，实际水深为1.70m，证明渡槽进口壅水严重。

图1 建山渡槽改造示意

4 建山渡槽建议改造方案

水力坡度I=hw/L，hw为总水头损失，L为渡槽长度。

均匀流时：水力坡度I=水面坡度=渠底坡度i。

目前，由于槽身已无法改变，断面积A已无法增加，水力半径R也无法增大，槽身糙率n已不能减小，相应谢才系数c也无法增大，槽身底坡i也无法改变。因此，可考虑加增大渡槽进出口水位差的改造方案，将位能转化为动能，增大渡槽水体流速，增大渡槽水面比降，增大过流量。因渡槽出口段水面比降已满足要求，重点抬高上游渠道水位。

改造方案设计如下：

4.1 渡槽流量、水深、流速初步确定

渡槽设计流量为20m3/s。考虑不利因素，以渡槽U形段进口段拉杆底为控制水面，将U形渡槽设计水深调整为2.10m。根据渡槽水力要素表，流速v2应达到3.46m/s，水面比降为1/550。

表1 建山渡槽设计水力要素计算成果

4.2 渡槽进口渐变段水面高差和底板高差确定

渡槽水面比降为1/550，渡槽U形段进出口水面总高差应为0.40m，对应渡槽底板进出口高差应为0.40m，原有渡槽底板进出口高差为0.20m，渡槽进口底板高程应在原有基础抬高0.20m。

U形渡槽进口渐变段底板总抬高为0.33m+0.20m=0.53m

4.3 上游矩形渠槽底坡调整

整治上游渠道160m，将上游矩形渠槽底坡由1/260调整为1/1000，可增加高差0.55m，满足要求。

4.4U形渡槽段进口渐变段改造

改造长度15m，扭曲面式，由矩形断面渐变为U形断面，保证水流平稳过渡。

通过上述改造方案的实施，建山渡槽水体流速增加，渡槽水面比降增大，达到了增大过流量的目的。

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2095-1809(2017)01-0076-02