引兰入汤溢流堰工程设计及效益分析

王 月，马骑龙

（辽宁省汤河水库管理局辽宁辽阳111000）

引兰入汤溢流堰工程设计及效益分析

王 月，马骑龙

（辽宁省汤河水库管理局辽宁辽阳111000）

简述了引兰入汤溢流堰加高工程建设的必要性，复核了隧洞过流能力。通过实测资料分析和理论计算，确定了溢流堰加高高度为0.36m，并对工程效益进行了分析。

引兰入汤；溢流堰；加高

1　工程概况

引兰入汤工程是将兰河水在流入葠窝水库前通过全长为6.15km的引水隧洞引入汤河水库。该工程位于辽宁省辽阳县，设计引水量为7m3/s，于1998年7月正式竣工并投入运行，年平均引水量为1830万m3，经汤河水库调节，向鞍山市供水，日供水量增加10万m3，对缓解鞍山市生活和工业用水紧张起到了积极作用。

引细入汤工程建设运行后，引兰隧洞承担着兰河、细河双重引水任务，细河、兰河来水量的叠加，引兰隧洞的引水任务相应加大。按照引细工程可研和初设要求，引兰工程设计引水量应达到8 m3/s。这就需要重新对引兰隧洞的引水能力以及溢流堰堰体高度进行复核，确定其是否满足引细建成后设计引水流量增大的需要。而在引细入汤工程可研和初设报告中，仅对引兰引水隧洞的过流能力进行了复核，并未对引兰溢流堰堰顶高程作相应的复核及调整。

引细工程建成后，引兰工程多年的运行观测资料表明：当达到设计水深时，引兰引水隧洞的实际引水流量仅为6.3m3/s，无法满足设计引水流量8m3/s的要求。2008年7月，汤河水库进行了引兰入汤工程溢流堰加高实验，在溢流堰堰顶临时堆积沙袋以抬高堰顶高程，观测洞内水深及引水流量的变化。结果表明，引兰工程引水能力不足的主要原因是现有的引兰溢流堰高度不足，导致拦蓄水的能力达不到设计要求。

综上所述，对引兰溢流堰进行加高处理，使隧洞的引水能力达到设计标准，是确保鞍山市供水保证率的前提和基础。因此，引兰溢流堰加高工程的建设是非常必要的。

2　加高工程设计

2.1隧洞过流能力验算

输水隧洞为无压流，水力计算公式可采用明渠均匀流公式。

式中：Q为隧洞引水流量，m3/s；A为过水断面面积，m2；C为谢才系数；R为水力半径，m；i为隧洞坡降，0.13%；x为过水断面湿周，m；n为糙率，分别采用引兰入汤工程原初设值，即钢筋混凝土衬砌段采用0.015，喷锚衬砌段采用0.025。

通过试算得出，当引水能力为8m3/s时，钢筋混凝土衬砌段洞内水深为1.68m，喷锚衬砌段洞内水深为2.06m。而根据SL279-2002《水工隧洞设计规范》，第4.3.7条规定：在低速无压隧洞中，若通气条件良好，在恒定流情况下，洞内水面线以上的空间不宜小于隧洞断面面积的15%，且高度不应小于400mm，推求得出钢筋混凝土衬砌段和喷锚衬砌段的最小净空高度分别为0.57m和0.68m，即洞内最大水深分别为1.93m和2.32 m，均大于引水流量为8m3/s时的洞内水深。这就说明引兰隧洞过水能力达到设计要求。

2.2溢流堰加高高度的确定

2.2.1通过实测资料推求

考虑引细入汤工程的影响，选取2008年5月至2013年9月间引兰入汤工程有效实测数据，利用SPSS软件，对引水流量及对应洞内水深进行曲线拟合，得到拟合方程：

P=0，说明拟合程度较高且达到显著水平。式中：q为引水流量，m3/s；h为洞内水深，m。通过计算得出：当洞内水深为1.79m时（小于允许洞内最大水深），引水流量达到8m3/s。

利用SPSS软件，对堰上水头及对应的洞内水深进行曲线拟合，得到拟合方程：

h1=1.6lnh-0.57

R2=0.976（5）

P=0，说明拟合程度较高且达到显著水平。式中：h1为堰上水头，m；h为洞内水深，m。通过计算得出：当洞内水深为1.79m时，堰上水头为0.36m，即溢流堰应加高0.36m。

2.2.2采用堰流公式计算

进水闸引水流量可采用宽顶堰流公式进行计算。

式中：Q为引水流量，m3/s；ε，σs，m分别为侧收缩系数、淹没系数和流量系数，取引兰入汤工程原设计值0.83，0.80和0.32；b为进水闸宽度，m；H0为从进水闸底板高程起算的上游点水头，m。

利用上述公式，通过计算得出：当Q=8m3/s时，H0=2m。由于进水闸底板高程为220.28m，溢流堰堰顶高程为221.92m，则可推求出溢流堰应加高0.36m。

综上所述，为满足引兰入汤工程引水流量达到8m3/s的要求，此次引兰入汤溢流堰加高工程可在维持现有堰型不变的前提下，使其加高0.36m。

3　效益分析

溢流堰加高工程建设完成后，引水流量将由原来的6.3m3/s增至8.0m3/s。以2008年（平水偏枯年）为例，全汛期有75d产生堰流，如按75d计算，引水量将增加1101.6万m3；如全部用于供水，水费按0.55元/m3计算，水费收入将会增加605.88万元。由此可见，引兰入汤溢流堰加高工程的建设将会有效缓解汤河水库供水紧张局面，既提高了供水保证率，又增加了经济效益。

TV672

A

1002－0624（2015）10－0019－02

2015-04-22