石津干渠赵陵铺进水闸下游消能设计

魏艳秀

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

石津干渠赵陵铺进水闸下游消能设计

魏艳秀

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

赵陵铺进水闸是石津干渠由上游岗南、黄壁庄水库引水的重要建筑物，其消能安全不仅影响着建筑物自身，同时对石家庄市北防洪大堤也存在一定威胁。根据工程新的设计工况，对原有消能防冲设施进行复核，同时增设二级消力池，并根据工程条件限制，在满足消能要求的前提下尽可能使工程布置紧凑，减小偏流影响，消能充分。

进水闸；消能设计；跌水消能

1 工程概况

石津干渠赵陵铺进水闸位于石家庄市古城西路赵陵铺附近，该进水闸穿古城西路，为下游石津干渠的渠首，是石津干渠由上游岗南、黄壁庄水库引水的重要建筑物，上游为太平河，古城西路为石家庄市的北防洪大堤，防洪标准200年一遇。赵陵铺进水闸下游消能段位于南水北调配套工程田庄暗渠和赵陵铺至北庄段的结合部位，原设计属于田庄暗渠的一部分，由于工程建设不同步，2012年石津渠引水时该闸后冲刷破坏严重，两次出现险情。

2 赵陵铺进水闸

石津灌区赵陵铺进水闸于2006年11月开工建设，2007年2月建成通水。重建进水闸设计流量115m3/s，工程等别为Ⅱ等，建筑物级别2级。进水闸闸前引水位77.52m，太平河正常蓄水位79.80m，100年一遇洪水位81.87m。闸底板高程74.41m，下游渠道底高程73.69m。

进水闸闸室为涵洞式闸室结构，涵洞为五孔一联整体式钢筋混凝土结构，孔口尺寸3m×3.5m。涵洞下游接消力池。消力池为钢筋混凝土结构，池长21.78m，其中斜坡段长7.28m，水平段长14.5m。消力池深1.4m，底板高程72.49m。下游浆砌石海漫段长25m，水平段长10m，底板高程73.69m。 斜坡段长15m，坡比为1∶15，末端为抛石防冲槽，长7m，顶高程72.69m。下游为1∶5的反坡与下游渠底衔接，渠道底高程73.69m。

南水北调中线配套采用石津干渠输水工程的实施，将进水闸消力池后挖深3.14m，即渠底高程变为70.55m。

3 下游消能设计

3.1 消能段布置

赵陵铺进水闸原设计下游渠底高程73.69m，南水北调配套石津干渠工程设计渠底高程70.55m，须在现有渠道基础上将下游渠底挖深3.14m，经校核，现状消能设施不满足要求。考虑到赵陵铺进水闸出口与田庄暗渠出口结构布置，为避免一级消力池消能深挖方对进水闸出口八字墙结构造成破坏，利用现状消力池作为一级消力池，同时增设二级消力池。对二级消力池，比较了跌水消能和底流消能两种结构形式。

方案一：跌水消能型式，二级消力池为为钢筋混凝土整体结构，跌坎高4.64m，坎顶高程与原消力池坎顶高程一致，为73.89m，两侧边墙墙顶高程76.50m。二级消力池池长14.5m，池深1.3m，底板高程69.25m。跌水末端桩号为渠4+144.00。

方案二：底流消能型式，消力池斜坡段长19.56m，水平段长15m，池深1.55m，底板高程69.0m。跌水末端桩号为渠4+162.36。

田庄暗渠出口位于桩号渠4+144.00～渠4+184.00。通过上述两方案比较，方案一是在完成消能后引江来水汇入石津干渠，水流流态较为平稳；方案二中田庄暗渠的出口部分位于二级消力池中，二级消力池水跃与暗渠出口水流间冲撞，水流流态更加紊乱，因此推荐采用跌水消能型式。

田庄暗渠出口水流与赵陵铺进水闸闸下水流平顺衔接。因暗渠出口位于渠坡范围内，采用圆弧翼墙，为此，赵陵铺进水闸右岸采用挡墙形式使上下游水流平顺连接。为了保证消力池段水流平稳，两侧对称，因此消力池两侧采用直墙结构。

3.2 水力设计

3.2.1 设计条件

黄壁庄水库放水过程：初始开闸放水流量40m3/s，以后每隔两天两夜后放水流量增加，分别为60，80，100，115m3/s。

太平河整治后景观水位79.80m，闸前水深5.39m。赵陵铺进水闸工程运用要求：黄壁庄水库放水同时赵陵铺进水闸开闸放水，控制闸前水位不低于该闸重建设计要求的闸前引水位77.52m。闸门开启程序为先中孔再边孔。开启高度为第一开度0.2m，待下游水流平稳再提闸，以后每级开度增加0.3m。

由于南水北调配套工程石津干渠工程（赵陵铺～北庄段）实施后，赵陵铺进水闸下游渠道设计底高程70.55m，闸底板与下游渠底高差达3.86m，故本工程采用二级消力池。

3.2.2 消能复核

赵陵铺进水闸消能复核考虑闸室上游水位为景观水位79.80m时，下游无水；运用条件为闸门分级开启，直至5孔闸门全部开启，计算闸门在不同开度下的消力池深度。消力池满水后经消力池尾坎向下游溢流，过坎流量按矩形实用堰计算。

闸上水位为景观水位79.80m，闸门第一开度0.2m时，过闸流量18.4m3/s，消力池尾坎坎上水深H=0.53m，消力池计算深度d=0.90m，现状消力池深1.40m，满足一级消力池设计要求。赵陵铺五孔闸设计流量115m3/s，闸上运行水位77.52m，消力池水平段计算长度10.55m，现状消力池长14.5m，满足一级消力池设计要求。

3.2.3 跌水设计

跌水设计采用垂直式跌水墙，进口为等宽矩形缺口，经计算，h″c=2.8m＜ht=3.25m，为淹没水跃。跌水消力池深度1.02m，池长11.1m。设计选取消力池深1.1m，池长14.5m。

3.3 消能分析

一级消力池设计主要完成赵陵铺五孔闸出口消能，保证水跃完全发生在消力池以内，以保护赵陵铺五孔闸出口及两侧八字墙的稳定，减少拆除重建工程量；同时满足二级消力池上游—跌水进口自由出流。二级消力池设计，在满足设计的输水泄流能力的条件下，使水流安全平衡地进入下级渠道。其下泄急流在消力池内形成水跃流态直接影响消能效果，工程设计结合现状地形、地质条件采用钢筋混凝土整体结构，两侧为直墙，较好地将水流约束在消力池内，避免产生空间水跃和立轴漩涡，保证消力池内水跃的消能作用。

4 结语

（1）由于南水北调配套石津干渠工程的实施，使赵陵铺进水闸下游渠道下挖深度达3.14m，赵陵铺进水闸下游形成陡坡。由于工程建设不同步，2012年放水时下游消能不充分致使该闸下冲刷破坏严重。

（2）根据工程新的设计工况，对原有消能防冲设施进行复核，增设二级消力池，并根据工程条件限制，在满足消能要求的前提下尽可能使工程布置紧凑，减小偏流影响，消能充分，以减小对田庄暗渠出口水流影响。

（3）工程建成后，已经经受了2013年春灌、秋灌放水检验，放水过程中及放水最大流量达到设计流量，消能效果良好。

［1］SL265—2001，水闸设计规范［R］.

［2］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程可行性研究报告［R］.2011.

［3］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程田庄暗渠初步设计报告［R］.2012.

［4］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省南水北调配套工程石津干渠工程赵陵铺至北庄段初步设计报告［R］.2011.

［5］李炜.水力计算手册（第二版）［M］.北京:中国水利水电出版社，2011.

［6］刘韩生，花立峰，纪志强，等.跌水与陡坡［M］.北京:中国水利水电出版社，2006.

Downstream Energy Dissipation Design of Zhaolingpu Entrance Gate in the Shijin Main Canal

WEI Yan-xiu

（Hebei Research Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，TianJin 300250，China）

Zhaolingpu entrance gate is the important buildings of water diversion by Shijin main canal to the upstream of Gangnan and Huangbizhuang reservoir， the energy dissipation safety not only affects the building itself， at the same time also there is a threat to Shijiazhuang north levees.According to the engineering working condition of the new design，the original energy dissipation impingement facilities for review，at the same time adding secondary stilling basin，and according to the engineering conditions，as far as possible under the premise of meeting the energy dissipation requirement engineering layout is compact， reduce the bias current impact， energy dissipation fully.

entrance gate;energy dissipation design;existes energy dissipation

TV222；TV66

B

1672-9900（2014）01-0028-03

2013-10-21

魏艳秀（1972-），女（汉族），河北卢龙人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作，（Tel）13752792258。