大石板渡槽过水能力不足的原因分析及技术改造措施

鲜朝熊

(四川省玉溪河灌区运管中心，四川 邛崃，611530)

1 工程概况

大石板渡槽是玉溪河引水工程主干渠的主要建筑物之一，渡槽位于邛崃市天台山镇境内，1978年1月建成通水。渡槽槽身进口里程12+693，槽身全长68m，为钢筋混凝土U形薄壳渡槽，共2跨，每跨34m，布置为双悬臂简支结构。槽身净宽4.0m，总高3.4m，净高3.2m，半圆槽身半径R=2.0m。槽身进口上游为25m长的渐变段与梯形明渠相连，槽身出口下游为30m长的渐变段连接梯形明渠。实测槽身纵坡为1/687。渡槽设计流量25m3/s，1998年技改前实际最大过水20m3/s，占设计的80%。该渡槽为主干渠中段的卡脖子工程，因此，要增大主干渠中段输水能力，必须解决大石板渡槽过水能力不足的问题。

2 过水能力不足的原因分析

2.1 实测资料情况

为解决大石板渡槽过水能力不足问题，首先进行了基本资料的收集和基本数据的实测、复核，包括设计图、竣工图的收集，渡槽底高程的实测，上、下游连接段实测，渡槽结构尺寸实测以及渡槽上下游主干渠水面线实测、渠底线实测，渡槽下游建筑物隧洞、暗渠进出口水位差实测和工程实地踏勘等。

根据1998年大石板渡槽实测水面线和1996年实测渠底线绘制渡槽纵剖面线见图1。由图1可知，渡槽上、下游总水面降落值ΔZ=0.14m，进口水面降落值ΔZ1=0.144m，出口底板高程与渠底高程差0.19m。

图1 大石板渡槽纵剖面线

2.2 槽身过水能力复核

2.3 渡槽水头损失及水面衔接计算

按《水工设计手册(第八卷)》[2]P8-171公式计算。采用设计流量25m3/s，上、下游明渠设计水深3.5m，渡槽内水深3.05m。

2.3.1 渠道上下游渠内正常流速v1及渡槽内正常流速v2计算

渠内水深h1=3.5m时，v1=1.02m/s；

槽内水深h2=3.05m时，v2=2.39m/s。

2.3.2 进口段水面降落

按公式ΔZ1=(1+ξ)(v22-v12)/2g计算。ξ为水头损失系数，长扭曲面ξ=0.1，计算结果：ΔZ1=0.262m。

2.3.3 槽身水面降落

按公式ΔZ2=iL计算，i=1/687，L=68m，计算结果ΔZ2=0.099m。

2.3.4 出口水面回升

按公式ΔZ3=1/3ΔZ1计算，ΔZ3=0.087m。

2.3.5 渡槽总水面降落

按公式ΔZ=ΔZ1+ΔZ2-ΔZ3计算，ΔZ=0.274m。

2.3.6 渡槽槽身进出口底板高程与上、下游渠底高程之差的计算

进口底板高程差：▽2-▽1=h1-ΔZ1-h2=0.188m；

出口底板高程差：▽3-▽4=h3-h2-ΔZ3=0.363m。

2.4 实测值与计算值(理论值)对比分析

由以上计算值与渡槽实测值比较：渡槽总水面降落应该为27.2cm，而实际为14cm，即渡槽预留水头损失不够；渡槽进口段水面降落应该为26.2cm，实际为14.4cm，即进口水面降落不充分；渡槽出口底板与下游渠底高差应为36.3cm，实际为19.4cm。由以上计算分析可知，大石板渡槽过水能力不足的原因是下游渠道底板高程衔接不合理和下游渠道壅水造成。

大石板渡槽过水能力不足，形式上表现为渡槽下游壅水，实质上是该渡槽预留水头损失不够。据《四川省玉溪河灌区管理局志》记载，大石板渡槽处原设计为明渠方案，后因施工中内坡滑动的原因而改作渡槽[3]，而在上、下游渠底比降无法调整的情况下，就渡槽本身来讲存在预留水头损失不够的问题。所以，提高大石板渡槽过水能力的思路是采取工程措施，增大渡槽进出口之间的水面降落，即加大渡槽的进出口水头，从而增大渡槽过水能力。

2.5 渡槽出口降低水位运行水力试验

为验证降低渡槽下游水位对渡槽过水能力的影响，对大石板渡槽下游至周湾段干渠降低水位运行试验。具体做法：在大石板渡槽正常过流状态下，从大石板渡槽下游2.19km处的周湾泄水闸泄水，使周湾水位下降10cm，泄水流量1.4m3/s，待水位稳定后，测水面线和观测渡槽出口水面下降情况。当时实测大石板渡槽过水21.48m3/s，周湾水位下降10cm，大石板渡槽出口水位下降7.7cm，大石板渡槽进口水位下降7.0cm。渡槽槽内水深进口2.9m，出口2.85m，设计水深3.1m。降水试验表明：降低渡槽下游渠道水位能显著增大大石板渡槽过水能力。

3 增大渡槽过水能力的措施

根据对实测资料计算分析和降低渡槽出口下游干渠水位运行水力试验及工程踏勘情况，采用降低渡槽出口下游渠道水位方案解决渡槽过水能力不足问题。该方案的基本思路为：对渡槽出口下游的阻水建筑物和渠道进行改造、整治，从而降低渡槽出口水位，达到增大过流目的。

3.1 工程阻水问题

通过对主干渠中段1998年实测水面线和1996年实测渠底线及1995年12月岁修实际踏勘情况综合分析，工程阻水问题包括：渠底超高、周湾光明暗渠内框架阻水，建筑物渐变段不规则，隧洞、暗渠迎水面粗糙等。

(1)周湾光明暗渠内钢筋混凝土框架阻水。光明暗渠全长63m，位于主干渠14+971～15+034之间，暗渠内有钢筋混凝土框架20排，间距1.3m。由于框架的存在，减少过水面积1.7m2，实测上下游水位差17cm，按暗渠底坡1/2000推算，壅水高达13cm。

(2)渠道局部底板高程高于设计值，从而在渠内形成一道道阻水门槛，由于阻水门槛的存在，在渠内形成无数的a1型壅水曲线，无数的a1型壅水不断地从下游向上游叠加，增大了大石板渡槽出口的壅水值，降低了渡槽的过水能力。在主干渠12+790～29+665之间共有22段明渠底板超高，总长11.24km，其中12+790～18+090之间8段3555m，超高严重，最大超高达46.2cm，平均超高在15cm左右。

(3)隧洞、暗渠糙率值大阻水。隧洞、暗渠迎水面凹凸不平，从而增大糙率值造成阻水。大石板渡槽进口12+693至大佛寺隧洞出口15+349之间共有隧洞2座总长556m，暗渠7座总长462m。其中，壅山暗渠长192m，实测进出口水位差16cm，壅水6.4cm。

(4)大石板渡槽出口渐变段极不顺畅，渐变段水流紊乱，左侧水流呈回流状。

3.2 技术改造措施

技术改造分两期实施。

第一期1998年底完成，完成的项目包括：①在对暗渠加固的情况下，拆除光明暗渠内全部钢筋混凝土框架；②对康槽隧洞、大佛寺隧洞和壅山暗渠、胜利暗渠、光明暗渠共计长度903m，边墙采用M10水泥砂浆抹面减糙；③对大石板渡槽出口渐变段整治改造，使水流顺畅。经过当年技术改造，大石板渡槽过水能力达22m3/s，较技改前增加2m3/s。

第二期于2015年1月完成，完成的项目包括：①下游明渠底板超高调整22段长11.24km；②渐变段改造3处；③暗渠抹面减糙35座长2154m，隧洞抹面减糙8座3502m。

4 结语

大石板渡槽为玉溪河引水工程主干渠中段的卡脖子工程，通过渡槽水力计算与实测值对比分析，并结合渡槽下游降低水位运行水力试验，渡槽过水能力不足是由于下游渠道壅水造成。经过两期对下游阻水建筑物改造，包括暗渠内阻水框架拆除，渠底超高调整，隧洞、暗渠迎水面抹面减糙，渐变段改造等，渡槽过水能力达26.5m3/s，设计为25m3/s，比技术改造前每年新增供水1.03亿m3，经济效益和社会效益十分显著，为玉溪河引水工程效益的发挥和灌区高质量发展打下了良好基础。