七里庄西沟防洪工程对总干渠的影响

马静辉

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

七里庄西沟排水倒虹吸下游防洪工程为南水北调京石段防洪影响处理工程（保定市段）项目之一。

七里庄西沟为两沟合一型河沟，沟沟合并前主沟50年一遇洪水洪峰流量47m3/s，倒虹吸工程建成后50年一遇洪水洪峰流量53m3/s。海漫段底高程56.0m，沟底地面高程56～57m，河沟两侧地面高程61.5m。倒虹吸下游40m为北易水灌渠，渠顶高程61.6～62.0m，渠底高程60.8m。总干渠左右堤顶高程均为64.24m。

北易水灌渠本段基本与总干渠平行，七里庄西沟穿易水干渠交叉建筑物为单孔1.1m×1.3m（宽×高）浆砌石拱涵结构。

为保证洪水顺利下泄，按50年一遇洪水标准重建穿北易水灌渠涵洞。涵洞采用2孔一联钢筋混凝土结构，单孔断面尺寸2.5m×2.5m，长20m。北易水灌渠涵洞轴线两侧各10m范围采用0.3m厚浆砌石防护。涵洞进出口各20m范围河道，采用0.3m厚浆砌石进行全断面衬砌。

2 防洪工程不实施原因

七里庄西沟排水倒虹吸下游防洪工程是扩建穿北易水灌渠涵洞，当发生50年一遇洪水标准时，保证洪水顺利下泄，保护北易水灌渠的安全。防洪工程实施时，地方反映北易水灌渠现已无灌溉功能，现状处于基本废弃状态，因此建议取消防洪工程。

为保障南水北调总干渠安全，在防洪工程不实施的情况下，按现状条件对倒虹吸进出口水位重新进行验算、复核。

3 倒虹吸进出口水位复核

3.1 倒虹吸出口水位复核

为分析七里庄西沟防洪影响工程对七里庄西沟行洪及南水北调中线总干渠安全造成影响，根据区域地形等相关条件，采用二维水动力DHI MIKE21模型进行计算，模拟现状条件下七里庄西沟的行洪过程。

3.1.1 二维模型建立

本次建立模型范围主要为七里庄西沟、七里庄沟附近地区，边界由南水北调中线总干渠、高易铁路、供电公司宅基、七里庄村南侧田间路等组成。南部以高易铁路为界，西起七里庄西沟以西250m，东至易县供电公司以南，长度1200m；北部以南水北调中线总干渠为界，西起七里庄西沟以西250m，东至易县供电公司，长度1000m；西部以田间路为界，长度200m；东部以易县供电公司和九江石材厂房基为界，长400m。模型范围总面积0.3km2。

3.1.2 地形剖分及糙率采用

3.1.2.1 地形剖分

对模拟区域进行非结构三角形网格剖分，网格高程代表网格范围的地形平均高程，而方程解则是网格中心的特征值。三角形网格边长不超过25m，最大网格面积不超过200m2；模型区域共剖分了4747个网格单元。

3.1.2.2 糙率

结合实际并参照以往相关设计文件采用糙率情况，河槽糙率取0.025，农田、道路糙率取0.05。

3.1.3 内部边界条件

计算区域内高出地面的堤防及村庄房屋等对洪水起到阻挡作用，在计算区内部形成阻水边界。模型中堤防围埝按两种类型处理，一是可溃决堤防，当挡水位与堤顶相平时，堤防自动溃决；二是非溃决堤防，当水位高于堤顶时，洪水漫流。

本次模拟中设置北易水灌渠堤防两处，分别位于北易水灌渠两岸，均属于非溃决堤防。

3.1.4 计算成果

通过分析计算，七里庄西沟洪水受北易水灌渠堤防顶托作用，漫出河槽向东南方向演进，一部分洪水漫过废弃的高易铁路下泄，一部分继续向东通过七里庄沟铁路桥下泄。七里庄西沟排水倒虹吸出口50年一遇设计水位61.56m，200年一遇设计水位61.70m。

3.2 倒虹吸进口水位复核

3.2.1 计算方法

倒虹吸进口水位，采用SL482—2011《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》附录C公式，根据出口水位进行计算。

倒虹吸管过流能力采用SL482—2011《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》公式计算。

式中 Q为管道的泄流量；μ为流量系数；ω为管道出口的横断面积；ΔZ2为进口渐变段末端断面至管道出口断面的水面落差；g为重力加速度；ω2为进口渐变段末端的过水面积；Ci为管身计算段水流的舍齐系数；Ri为管身计算段水流的水力半径；R为断面水力半径；Li为管身计算段水流的管长；ωi为管身计算段水流的横断面积；n为边壁糙率；v为管道的断面平均流速；v2为进口渐变段末断面的平均流速；ξi为某一局部水头损失系数。

3.2.2 进口水位复核

根据倒虹吸出口水位及结构尺寸，计算倒虹吸进口50年一遇设计洪水位62.67m，200年一遇校核洪水位63.79m。

4 总干渠左右堤堤顶高程复核

为防止河道洪水漫溢进入渠道，总干渠防洪标准与相邻排水建筑物的洪水标准相同。七里庄西沟流域面积2.55km2，小于20km2，属于小河沟渠段，左排及总干渠渠道按50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。

小型河沟范围内的总干渠渠道防洪堤顶高程应满足以下要求，则：

式中 Z设为渠堤外设计洪水位，即50年一遇洪水位；Z校为渠堤外校核洪水位，即200年一遇洪水位。

根据倒虹吸进出口50年一遇设计水位和200年一遇校核水位计算结果，按照小型河沟范围内的渠道防洪堤堤顶高程确定原则，设计水位加1m，校核水位加0.5m，取两者较大者。

根据计算，七里庄西沟排水倒虹吸左堤堤顶高程64.29m，右堤堤顶高程62.56m，此处总干渠左右堤顶高程均为64.24m。

5 结语

（1）取消七里庄西沟排水倒虹吸下游防洪工程后，考虑现状条件下七里庄西沟的行洪过程，北易水灌渠底部单孔1.1m×1.3m涵洞行洪通畅，总干渠右堤满足安全加高要求，左堤200年一遇设计水位63.79m，加上安全超高0.5m后64.29m，仅仅与现状堤顶高程64.24m高出5cm，洪水不漫堤，基本对总干渠安全影响不大。

（2）采用二维水动力DHI MIKE21模型进行计算时，内部边界条件计算区域内，模拟中设置北易水灌渠堤防属于非溃决堤防。北易水灌渠堤防高程由西往东逐渐降低，由62.0m逐渐降到61.0m，由于此区域内200年一遇洪水位为61.7m，北易水灌渠堤防为土质结构，洪水漫顶过流后，灌渠堤防会逐渐产生溃决，随着溃决加大，倒虹吸出口水位降低，满足防洪超高要求。