小型水库的输水洞设计综述

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1输水洞消险设计

1.1输水洞的洞线选择

在小型水库的输水洞消险工作中，主要工作和任务分为两部分，一部分是对输水洞进行维修，另一部分是重建。在小型水库输水洞的维修中，设计人员主要是通过利用原有的洞线对原输水洞破损较为严重的地方进行修复，以使得原输水洞的完整性和使用的持续性得以保持。在输水洞的重建中，对于洞线的位置不能任意设定，而是要根据地形和地质条件来进行确定，之所以要考虑地形要素主要是为了便利输水洞进出口建筑物的合理布置，以保证上游平顺和下游消能，从而使得下游渠道的顺畅连接；对于输水洞的地质的要求，主要是从洞线是否存在断层和破碎带方面作为考虑因素的。此外，对于洞线的要求不仅不能存在断层和破碎带的现象，还应满足水流条件好，交通方便以及符合管理的要求。

1.2输水洞结构形式的选择

输水洞的结构按照不同性质和对象来分，可以有不同的结构形式，按照工作性质来划分的话，基本上可以分为两种形式，一种是有压涵洞，一种是无压涵洞，其中，在小型水库的输水洞建设中主要采用的是有压涵洞，对于输水洞的断面形式基本上采用的形状都是圆形和矩形，却很少使用无压涵洞。

1.3输水洞的水力计算

小水库的输水洞设计中的水力计算主要包括过流能力计算和消能防冲计算两种。其中，过流能力的计算主要是对小水库中输水流量的验算，通过验算可以有效确保小水库输水能力；对于消能防冲的计算，主要是通过对水量的大小进行计算，以保证在输水过程中水量不易冲破水坝等关键防护设施。

2小型水库输水工程实例设计

2.1工程的整体概况和现状

南华水库是位于汤原县鹤立镇福胜村西北处的小型水库，这里的水源主要是来自松花江二级支流的半截河中。水库的坝址以上的集水面积可达到将近30km2，这里的水主要作用就是灌溉附近的农田，同时也会以防洪和养鱼为次等目的，因此，也可以说这是一座综合应用型的小水库。这一水库是在1952年建设的，到1964年水库的主体工程基本上建设而成，其中，最主要的设施工程要素包括土坝、溢洪道和输水洞等。由于水库建立的时间较早，按照以往的建设技术是不可能建设出当代社会需求的、具有多种功能的水库，例如，对水库大坝的建设中，由于技术落后，水库大坝坝顶一直达不到设计中的高度，加之其运行多年，上游坝坡的倒塌现象越来越严重；坝后无排水设施，部分坝体断面单薄；溢洪道陡坡及消力池段全部损毁破坏，边墙基础失稳；输水洞进、出口浆砌石结构老化、变形，混凝土圆涵破损严重，启闭设备及闸门老化失修，无法正常运行。

2.2工程设计

由于原输水洞破损严重，本次设计拆除重建。新建输水洞布置在桩号0+037m处，由护砌段、进口段、闸室段、洞身段、消力池段及海漫段组成，洞径考虑设计流量及工程检修方便，设计断面积0.8m×1.5m(宽×高)，输水洞进口底高程按死水位条件下满足设计灌溉流量要求进行复核，维持原设计126.00m。上游铺盖长4m，干砌石护砌厚30cm，其下设20cm碎石和20cm粗砂反滤层。进口段为U型槽结构，长4m，底板厚0.6m，底高程126.00m，宽度由3.0m渐缩至0.8m。闸室段长2.4m，闸室边墩厚度设计采用1.0m，底板设计厚度为0.6m。闸门采用铸铁闸门，手动杆式启闭机启闭。洞身采用钢筋混凝土方涵，洞长共23.4m，分两节：第一节涵洞长12.9m；第二节涵洞长10.5m。消力池为U型槽结构，消力池净宽度0.8m渐扩至3.0m，消力池总长为14.15m，消力池深度为0.6m，消力池底板厚度为0.6m。海漫段设计长度为10m，采用厚度为30cm的干砌石护砌，干砌石下设20cm碎石；海漫末端设防冲槽，槽深1.5m。

3水力计算

3.1输水洞过流能力计算

根据工程实际，采用无压流长洞计算输水洞过流能力，计算公式为：式中：Q-流量，m3/s；σ-淹没系数；m-流量系数；B-洞宽；H0-行近流速水头在内的进口水深。

3.2消能防冲计算

南华水库输水洞采用底流消能型式，消力池池长及池深计算采用以下公式：式中：Fr1-收缩断面弗劳德数；h1-收缩断面水深，m；h2-自由水跃共轭水深,m；v1-收缩断面流速，m/s；d-池深，m；σ-水跃淹没度；h2-池中发生临界水跃时的跃后水深，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-消力池宽度，m；覫-消力池出口段流速系数；L-自由水跃的长度，m。经计算，消力池池深为0.45m，池长为11.45m；设计取池深为0.6m，池长为14.15m。海漫长度根据南京水科所经验公式计算：式中：q-消力池出口处的单宽流量，m3/s；H-上下游水位差，m；k2-河床土质系数。根据地质资料取K=10；经计算结合设计取海漫长7.9m，末端设防槽。

4结束语

小型水库土坝坝内输水涵洞的漏水问题，需要根据实际情况，认真分析研究，采取相应的对策，以保证大坝的正常运作。对一些老化的涵洞，不能只是简单拆除重建，应该对土坝内输水涵洞渗漏的真实情况，区别对待，对症下药，从而有效避免新的工程问题的出现。

本文作者：杜江王藤工作单位：黑龙江省水利水电勘测设计研究院