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1輸水洞消險設計

1.1輸水洞的洞線選擇

在小型水庫的輸水洞消險工作中，主要工作和任務分為兩部分，一部分是對輸水洞進行維修，另一部分是重建。在小型水庫輸水洞的維修中，設計人員主要是通過利用原有的洞線對原輸水洞破損較為嚴重的地方進行修復，以使得原輸水洞的完整性和使用的持續性得以保持。在輸水洞的重建中，對于洞線的位置不能任意設定，而是要根據地形和地質條件來進行確定，之所以要考慮地形要素主要是為了便利輸水洞進出口建筑物的合理布置，以保證上游平順和下游消能，從而使得下游渠道的順暢連接；對于輸水洞的地質的要求，主要是從洞線是否存在斷層和破碎帶方面作為考慮因素的。此外，對于洞線的要求不僅不能存在斷層和破碎帶的現象，還應滿足水流條件好，交通方便以及符合管理的要求。

1.2輸水洞結構形式的選擇

輸水洞的結構按照不同性質和對象來分，可以有不同的結構形式，按照工作性質來劃分的話，基本上可以分為兩種形式，一種是有壓涵洞，一種是無壓涵洞，其中，在小型水庫的輸水洞建設中主要采用的是有壓涵洞，對于輸水洞的斷面形式基本上采用的形狀都是圓形和矩形，卻很少使用無壓涵洞。

1.3輸水洞的水力計算

小水庫的輸水洞設計中的水力計算主要包括過流能力計算和消能防沖計算兩種。其中，過流能力的計算主要是對小水庫中輸水流量的驗算，通過驗算可以有效確保小水庫輸水能力；對于消能防沖的計算，主要是通過對水量的大小進行計算，以保證在輸水過程中水量不易沖破水壩等關鍵防護設施。

2小型水庫輸水工程實例設計

2.1工程的整體概況和現狀

南華水庫是位于湯原縣鶴立鎮福勝村西北處的小型水庫，這里的水源主要是來自松花江二級支流的半截河中。水庫的壩址以上的集水面積可達到將近30km2，這里的水主要作用就是灌溉附近的農田，同時也會以防洪和養魚為次等目的，因此，也可以說這是一座綜合應用型的小水庫。這一水庫是在1952年建設的，到1964年水庫的主體工程基本上建設而成，其中，最主要的設施工程要素包括土壩、溢洪道和輸水洞等。由于水庫建立的時間較早，按照以往的建設技術是不可能建設出當代社會需求的、具有多種功能的水庫，例如，對水庫大壩的建設中，由于技術落后，水庫大壩壩頂一直達不到設計中的高度，加之其運行多年，上游壩坡的倒塌現象越來越嚴重；壩后無排水設施，部分壩體斷面單薄；溢洪道陡坡及消力池段全部損毀破壞，邊墻基礎失穩；輸水洞進、出口漿砌石結構老化、變形，混凝土圓涵破損嚴重，啟閉設備及閘門老化失修，無法正常運行。

2.2工程設計

由于原輸水洞破損嚴重，本次設計拆除重建。新建輸水洞布置在樁號0+037m處，由護砌段、進口段、閘室段、洞身段、消力池段及海漫段組成，洞徑考慮設計流量及工程檢修方便，設計斷面積0.8m×1.5m(寬×高)，輸水洞進口底高程按死水位條件下滿足設計灌溉流量要求進行復核，維持原設計126.00m。上游鋪蓋長4m，干砌石護砌厚30cm，其下設20cm碎石和20cm粗砂反濾層。進口段為U型槽結構，長4m，底板厚0.6m，底高程126.00m，寬度由3.0m漸縮至0.8m。閘室段長2.4m，閘室邊墩厚度設計采用1.0m，底板設計厚度為0.6m。閘門采用鑄鐵閘門，手動桿式啟閉機啟閉。洞身采用鋼筋混凝土方涵，洞長共23.4m，分兩節：第一節涵洞長12.9m；第二節涵洞長10.5m。消力池為U型槽結構，消力池凈寬度0.8m漸擴至3.0m，消力池總長為14.15m，消力池深度為0.6m，消力池底板厚度為0.6m。海漫段設計長度為10m，采用厚度為30cm的干砌石護砌，干砌石下設20cm碎石；海漫末端設防沖槽，槽深1.5m。

3水力計算

3.1輸水洞過流能力計算

根據工程實際，采用無壓流長洞計算輸水洞過流能力，計算公式為：式中：Q-流量，m3/s；σ-淹沒系數；m-流量系數；B-洞寬；H0-行近流速水頭在內的進口水深。

3.2消能防沖計算

南華水庫輸水洞采用底流消能型式，消力池池長及池深計算采用以下公式：式中：Fr1-收縮斷面弗勞德數；h1-收縮斷面水深，m；h2-自由水躍共軛水深,m；v1-收縮斷面流速，m/s；d-池深，m；σ-水躍淹沒度；h2-池中發生臨界水躍時的躍后水深，m；h1-消力池出口下游水深，m；△Z-消力池尾部出口水面跌落；Q-流量，m3/s；b-消力池寬度，m；覫-消力池出口段流速系數；L-自由水躍的長度，m。經計算，消力池池深為0.45m，池長為11.45m；設計取池深為0.6m，池長為14.15m。海漫長度根據南京水科所經驗公式計算：式中：q-消力池出口處的單寬流量，m3/s；H-上下游水位差，m；k2-河床土質系數。根據地質資料取K=10；經計算結合設計取海漫長7.9m，末端設防槽。

4結束語

小型水庫土壩壩內輸水涵洞的漏水問題，需要根據實際情況，認真分析研究，采取相應的對策，以保證大壩的正常運作。對一些老化的涵洞，不能只是簡單拆除重建，應該對土壩內輸水涵洞滲漏的真實情況，區別對待，對癥下藥，從而有效避免新的工程問題的出現。

本文作者：杜江王藤工作單位：黑龍江省水利水電勘測設計研究院