闸坝结合在渠首工程中的应用及设计特点

姜 楠

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

1 工程概况

铁力市北关拦河引水渠首枢纽工程位于呼兰河上游的一级支流依吉密河的中上游主河道上，距北关农场生活区东北向0.7km处。依吉密河为松花江二级支流，发源于小兴安岭锅盔顶，流经铁力市，在庆安县庆丰村东注入呼兰河，河水水量丰富，水质清澈。拦河工程控制流域面积达960km2。

渠首灌区位于依吉密河左岸，灌区总面积5333hm2、设计灌溉面积2000hm2，设计引水流量4.5m3/s、加大引水流量5.4m3/s。河道水位较低，但水量较为丰富、引水量较大，不能保证自流灌溉的情况下，为了缩短干渠长度已达到经济目的，则需要布置成闸坝结合式引水枢纽。

渠首工程主要设计标准及特征水位见表1。

表1 工程特性参数表 m

2 渠首总体布置

北关渠首枢纽工程自北向南布置分为：固滩工程、右岸防洪堤工程、拦河坝、冲砂闸、左岸防洪堤工程、进水闸。拦河工程采用一字式闸坝结合方案，冲砂闸净宽12.0m，由进口段、宽顶堰式闸室段、消力池段和防冲海漫段组成；拦河坝宽度为31.0m，由进口段、薄壁堰式拦河坝段、消力池段和防冲海漫段组成，拦河工程全宽43.8m。依吉密河上游单一河道平均稳定河宽为52.0m左右，根据黑龙江省运行效果良好的渠首工程经验，采用拦河宽度为计算稳定河宽的0.8-1.1倍为宜。

渠首拦河工程纵剖面图见图1、横剖面图见图2。

图1 渠首拦河工程纵剖面图

图2 渠首拦河工程横剖面图

在该工程中进水闸引水渠的进口布置在冲砂闸上游左侧，负责引水灌溉。当来水量较大时，由冲砂闸、拦河坝、及固滩共同泄流，以保证整个渠首和进水闸的引水安全。泄流运行方式如下：当上游河道水位低于拦河坝顶顶高程234.40m时，冲砂闸单独泄流；当上游河道水位高于拦河坝顶高程234.40m，又低于设计固滩顶高程236.0m时，冲砂闸与拦河坝共同泄流；当上游河道水位高于固滩顶高程236.0m，冲砂闸、拦河坝、滩地共同泄流[2]。

3 坝型基础设计特点

3.1 堰型选用

该渠首拦河坝选用竖直窄深倒“T”型薄壁堰式坝型，属于“高寒地区有坝引水渠首工程设计新技术”，该坝型特别是锐缘薄壁堰由于过堰水流水舌下缘与堰顶接触的面积较小，只有线的接触，堰对水流的影响相对稳定。

薄壁堰试验资料很多，其流量计算公式中，流量系数m0的选择较为重要，该流量系数在自由出流和无侧收缩的情况下应按巴辛公式及雷保克公式计算取得m0值，公式见公式1及公式2)。

(1)

式中：H为堰上水头，m；a为上游堰高，m；B为堰顶宽，m。

此公式适用条件为0.2m〈a〈1.13m，B〈2m，0.1m〈H〈1.24m。

(2)

式中：H为堰上水头，m；a为上游堰高，m。

此公式适用条件为H≥0.025m，H≤2a，a≥0.3m

在有侧收缩的情况下不单独计算侧收缩系数，将侧收缩影响并入到流量系数m0中考虑，可采用巴辛公式，见公式3。

(3)

式中：H为堰上水头，m；a为上游堰高，m；B为堰顶宽，m；B0为渠宽，m。

3.2 竖直窄深基础稳定性分析

根据极限平衡理论计算方法，按照土体的极限静力平衡条件来验算倒“T”型基础的稳定性。在挡水高度一定的情况下，倒“T”型基础随着基础埋深的不断增加，基础底板最小宽度将会随着基础深度的增加而相应的减小。并且弯矩的平衡在决定埋深与底板最小宽度选取的方面起到了决定性的作用，而水平横向力的平衡所起的作用则越来越小[1]。

4 结 语

相较于常规设计的实用堰体结构型式，该工程采用的坝型及基础有以下优点：①通过主体工程冲砂闸、拦河坝、及固滩联合泄流，其过流能力远大于单实用堰。②实用堰的设计断面偏大，施工过程中使用大量钢筋混凝土，不但增加结构的自重，其抗弯特性也无法达到最大限度的发挥。③该结构在垂直方向长度增加，可延长基础渗径，提高结构抗渗能力。④同时也可节约工程成本，避免资源浪费。

该结构型式的坝型适用于平原河道上低坝灌溉渠首，结构简单牢固，可充分利用地基反力来维持基础的稳定，便于施工且安全性、适用性较高，对加快灌溉渠首的改造具有参考及实践的意义。