黄花滩水利骨干工程3#低压输水管道进水池设计方案

2017-12-01苏桐鳞

水利规划与设计 2017年10期

关键词：输水管竖井黄花

苏桐鳞

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州 730000）

黄花滩水利骨干工程3#低压输水管道进水池设计方案

苏桐鳞

（甘肃省水利水电勘测设计研究院，甘肃兰州 730000）

黄花滩水利骨干工程位于甘肃省古浪县黄花滩、西靖两乡境内，工程新建段均为有压输水管道。3#有压输水管道通过小流量时，进出口渠底高差远大于水头损失值，管道进口不能淹没，致使水以急流状态进入管道，形成水跃，由于水跃的脉动及掺气，将引起管身的震动，恶化管道的运行工况。为解决上述问题，在3#有压输水管道进口设置进水池。进水池设计拟定竖井式和斜坡式两方案进行比选，经综合论证分析后，选择占地少、工程量省、消能效果较好的竖井式进水池方案。

黄花滩；低压输水管道；消能井；进水池

1 概述

黄花滩水利骨干工程位于甘肃省古浪县黄花滩、西靖两乡境内，黄花滩项目在不增加景电二期灌区提水规模，不影响民勤输水及古浪灌区灌溉用水的前提下，充分利用景电二期工程古浪灌区节水改造富余水量，在已有灌区设施基础上，进行部分扩建延伸，合理开发黄花滩土壤条件优越的部分土地，发展灌溉面积5747hm2，移民4万人，在改善古浪县南部山区生态环境的同时，充分利用黄花滩相对优越的自然地理条件，建一个新的生态移民及扶贫开发移民区，用来安置南部山区自然条件差、经济文化落后地区的贫困群众，达到生态移民及扶贫开发的目的，实现人与自然的共赢。

黄花滩骨干工程干渠由原景电二期北干渠、北一支渠改扩建段和有压输水管道新建段组成。3#低压输水管道位于新建段的二泵站出水池下游。

2 3#低压输水管道水力要素

3#低压输水管道全长8.42km，通过3#低压输水管道加大流量4.17m3/s，设计流量3.21m3/s，最小流量 1.17m3/s，管道采用预应力钢筋混凝土管，管径2.0m。3#低压输水管道参数见表1。

表1 3#低压输水管道参数表

3 3#低压输水管道进水池设计方案

因3#低压输水管道较长，且运行过程中流量变化频繁，管道通过加大流量和最小流量时，水头损失相差较大，当通过小流量时，管道进出口渠底高差远大于水头损失值，若管道进口不能形成淹没，水以急流状态进入管道，形成水跃，由于水跃的脉动及掺气，将引起管身的震动，恶化管道的运行工况。为消除水跃，可将管道进水口顶缘布置在管道通过小流量时进口计算水位以下，保证一定的淹没深度，从而利于3#低压输水管道安全运行。根据进水池最低水位并考虑一定的淹没深度后，确定进水池底板高程；根据进水池最高水位并考虑一定的安全超高后，确定进水池顶高程。

采用长距离、大口径低压输水管道进口进水池方案在甘肃省尚属首例。按照《水利水电工程进水口设计规范》（SL285-2003）规定，为保证进水口内为压力流，最小淹没深度应不小于1.5～2.0m。为此，在结合工程实际地形、地质条件等情况下，设计两种有压输水管道进口进水池方案，即竖井式进水池方案和斜坡式进水池方案。并经综合论证分析比较选择适宜本工程的进水池方案。

图1 竖井式进水池纵剖面图

3.1 竖井式进水池方案

竖井式进水池方案把进水池分为三段三个区域：第一段在距进水池上游引渠末端2.4m处设置0.5m厚防冲墙，防冲墙两端固定在两侧墙上，阻挡引渠水流形成的小挑流，防冲墙顶部设置3个管径为250mm的PVC通气孔，下端距离池底3.8m，以便水流向前行进，此段为强掺气区；第二段为在距防冲墙5.6m处的池底上设置高度为4.3m的向上折流板，并于折流板底部布置3个管径为250mm的PVC放空管，此段为能量消耗区；第三段为在距向上折流板5.0m处布置管道进口，此段为水流平顺区。由于3#低压输水管道的地质条件为风积细沙，且进口进水池顶高程仅略高于地面高程，故对3#低压输水管道进口进水池顶部进行封闭设计，考虑到运行管理方便，进水池顶部采用盖板封闭设计，并预留2座检修进人孔。详见图1。

3#低压输水管道进口进水池采用现浇C25钢筋混凝土消能井式箱体结构，箱体结构尺寸为：箱体净长14.0m，净宽5.0m，井高13.5m。

3.2 斜坡式进水池方案

斜坡式进水池方案包括长斜坡段和短平直段，过流能力计算及池深确定同跌水式消能井方案。按照《泵站设计规范》（GB50265-2010）规定，正向进水的前池，底坡不宜陡于1∶4。参照此要求，斜坡式进水池方案斜坡段底坡选取1∶4，消力池底板与上游引渠渠底高程相差10.7m，则斜坡段水平段长度为42.80m；本工程水源为黄河水，为方便检修及清淤，在斜坡段下游布置2.0m长的短平直段，作为清淤及检修平台。池顶设计同竖井式进水池方案。详见图2。

图2 斜坡式进水池纵剖面图

4 进水池方案比选

4.1 两种方案消能原理

（1）竖井式进水池上游引渠水流挑冲向防冲墙遇阻发散并跌落，并在此过程中掺气，掺气水流在进水池底部与周围水体产生强烈掺混区，并带动水流在向上折冲板上下与箱式进水池之间形成竖向回流，在此过程中，水流与折冲板和进水池池壁的摩擦及水流质点之间的掺混剪切的方式进行，而在3#低压输水管道进出口水位平衡后，此消能井式进水池下部形成5.70m的消力水垫，起到较好的消能效果。

（2）斜坡式进水池方案相当于陡坡加短消力池形式，消力池长度不足，故在工程运行初始状态时消能效果较差，但在3#低压输水管道进出口水位平衡后，亦形成消力水垫，起到较好的消能效果。

4.2 方案确定

斜坡式进水池总长44.80m，长度是竖井式进水池长度的3.2倍，宽度两种方案相同，故斜坡式进水池方案占地较竖井式进水池方案大，加之斜坡式进水池工程投资较大、工期较长、受本工程地形条件影响较大等缺点，本工程不宜采用。竖井式进水池方案占地少、工程投资不大、可以保证施工工期，且消能效果良好。综合考虑各方面因素，本工程推荐竖井式进水池方案。