滁河三级干渠与白河交汇处通水建筑物型式选择与布置

刘国玉

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230022）

1 工程概况

驷马山滁河三级干渠是驷马山灌区骨干工程续建的一部分，为滁河三级站与滁河四级站之间的连通渠道，全长8.84km。20 世纪70年代驷马山灌区建设完成了三级干渠桩号0+000～5+000 段，2017年6月，剩余3.84km 干渠启动建设。根据干渠总体布置，三级干渠渠道于桩号6+532 处横穿现有天然河道—白河。白河位于红桥水库下游，主要功能为汛期下泄水库洪水、灌溉期引水库水进行农田灌溉。为保证三级干渠正常输水和白河顺畅下泄洪水，必须在三级干渠与白河交叉处增建建筑物，协调渠道与河道的水流。

2 规划设计条件

2.1 工程等级和防洪标准

滁河三级干渠灌溉流量为105～71.4m3/s，干渠建筑物级别为2 级，相应渠系建筑物级别定为2 级，渠系建筑物设计防洪标准为50年一遇，校核标准为200年一遇。

2.2 设计水位及流量

滁河三级干渠主要功能为灌溉输水，其与白河交叉处（桩号6+532）设计输水流量71.4m3/s，设计输水水位31.8m，洪水水位32.3m。相应位置白河设计洪水流量255m3/s，洪水水位32.0m。

3 工程地质

工程区的地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度为VII 度。工程区地面以下25.00m 勘探深度范围内，地下水类型为孔隙潜水、孔隙承压水及基岩裂隙水。

孔隙潜水主要赋存于①层重粉质壤土、②1层淤泥质重粉质壤土、③层重粉质壤土及④层砾质粉质粘土中；孔隙承压水主要赋存于相对隔水层下部⑤层砂卵石中。因其上部有一定厚度的相对不透水层的覆盖，从而形成一定的承压性，含水层厚度差异较大，该含水层顶板起伏较大。

4 三级干渠穿越白河方式选择

对于存在交叉的渠（河）道，其中一个方向的水流通道可以通过渡槽或倒虹吸涵洞跨（穿）越另一方向渠（河）道，在相互水流无干扰情况下通过；或在其中一条渠（河）道两侧设置控制性水闸，协调存在交汇的渠（河）道流量与水位，采用先汇合、后分离的方式使得两股水流得以顺利通过。不同的建设方案均有各自优缺点和适用条件。

三级干渠渠道与白河交叉于三级干渠桩号6+532 处，该处三级干渠设计渠底高程为27.80m，白河河底现状高程为28.00m 左右，由于渠道和河道底高程相差不大，因此该交叉处不宜布置渡槽。

为有效协调三级干渠与白河的交叉处的水流关系，根据交叉处的实际地形情况，拟定连接三级干渠倒虹吸涵洞、连接白河倒虹吸涵洞和三级干渠渠道两侧进、泄洪闸三种布置方案进行经济技术比较。

4.1 三种方案

方案一：连接三级干渠倒虹吸涵洞方案。该方案通过在三级干渠渠道上新建穿越白河河底的倒虹吸涵洞，从而使三级干渠流量通过倒虹吸涵洞方式穿越白河，降低三级干渠建设对白河水流造成影响。根据规划条件，该处倒虹吸涵洞设计流量71.4m3/s，涵洞洞身断面尺寸为4.0m×4.0m×6 孔（宽×高×孔数），洞身顺水流方向投影长度88.0m。为保证三级干渠堤顶交通道路畅通，增设跨白河交通桥一座，交通桥采用4 跨布置，单跨长16.0m，桥梁总长64.0m，桥梁净宽4.5m。

方案二：连接白河倒虹吸涵洞方案。该方案通过在白河河道上新建穿越三级干渠渠底的倒虹吸涵洞，使白河水流通过倒虹吸方式穿越三级干渠，减小白河对干渠水流的影响。根据规划条件，该处倒虹吸涵洞设计流量255.0m3/s，涵洞洞身断面尺寸为5.0m×4.5m×8 孔（宽×高×孔数），洞身顺水流方向投影长度72.0m。

方案三：进、泄洪闸方案。该方案在三级干渠与白河交叉处的右侧堤防上新建白河坝进洪闸，在左侧堤防上新建白河坝泄洪闸。根据规划条件，白河坝进洪闸设计流量255.0m3/s，水闸单孔宽度为7.0m，共5 孔，闸室垂直水流向总宽度41.0m，顺水流向宽度12.0m；白河坝泄洪闸设计流量315.0m3/s，水闸单孔宽度为7.0m，共6 孔，闸室垂直水流向总宽度41.0m，顺水流向宽度12.0m。

4.2 方案比较

三种方案经济比较见表1。

从表1可见，三种方案工程可比造价相差不大，方案二最大、方案一最小。三种建设方案均能解决三级干渠与白河河道交叉存在的水流问题，但均存在各自的优缺点，优缺点见表2。

表1 三种建设方案可比造价对比表

表2 三种建设方案特性及优缺点对比表

4.3 方案选取

三种布置方案各自优点突出，同时缺点也很明显。倒虹吸方案无需闸门控制，后期运行管理方便、维护费用低；但由于倒虹吸涵洞孔口尺寸有限，应对河道超标准洪水时，调节能力有限，且三级干渠与白河交叉处渠底与河底高程相差不大，造成倒虹吸施工基坑开挖深度深，增加了施工难度和工程投资。水闸方案（开敞式水闸）可在一定程度上调节应对河道超标准洪水问题，同时施工基坑开挖深度浅，降低了施工难度和工程投资；但由于水闸布置方案使三级干渠和白河水流平面交汇，干渠与河道水流相互影响较大，且后期三级干渠输水及白河来水均常态化，运行中水闸启、闭频繁，运行管理难度大、费用高。

综合考量三种布置方案的优缺点，考虑到后期三级干渠以长时段输水为主，应尽可能降低对交叉天然河道和自身输水的影响，且便于后期运行管理，因此布置方案采用倒虹吸方案。

三级干渠为灌溉输水渠道，输水规模较为稳定，洪水规模相对可控；白河为红桥水库泄洪通道，设计洪水流量远大于三级干渠，产生超标准洪水的概率也要远大于三级干渠，因此，采用连接三级干渠倒虹吸布置方案既经济，又降低了汛期洪水风险，故确定方案一（连接三级干渠倒虹吸布置方案）为最终选定方案。

5 白河坝倒虹吸工程布置

根据干渠与白河交叉处的地形、地质及规划参数，白河坝倒虹吸布置于三级干渠桩号6+488～6+576 处，洞身水平投影长度88.0m，孔口尺寸为4.0m×4.0m×6 孔（宽×高×孔数）。

5.1 进口段

倒虹吸涵进口段设置护坦和沉砂池。其中护坦长15.0m，宽28.5～34.3m，底板高程27.80m。护坦两侧设置翼墙，翼墙高度5.2～1.2m。护坦前设沉砂池，池深1.5m，顺水流向池长15.0m，其中水平段长9.0m，斜坡段以1∶3 坡比与渠道底连接，垂直水流向宽度34.3m。

5.2 倒虹吸涵

白河坝倒虹吸涵孔口尺寸为4.0m×4.0m×6 孔（宽×高×孔数），洞身共分成10 节，1、2、3、8、9、10 六节为紧贴两侧岸坡浅埋式，4～7 节为水平布置，水平段涵底高程21.3m，进口斜坡段涵底高程27.80～21.3m，出口斜坡段涵底高程21.3～27.75m，涵洞洞身水平投影总长度为88.0m，斜坡段单节长度8.0m，水平段单节长度为10.0m。

5.3 出口段

倒虹吸涵出口段设置消力池及护底。消力池顺水流向长15.0m，垂直水流向宽28.5～34.3m，池深1.0m，池底高程26.75m。消力池后接8.0m 长的浆砌石护底，护底垂直水流向宽度34.3m。

6 结语

滁河三级干渠白河坝倒虹吸工程于2020年11月全部完工，上部白河已于2020年7月恢复过流，经过近半年的运行，工程整体安全稳定、运行良好，渠道输水与河道过流相互独立无干扰，在满足三级干渠输水能力的同时，对原白河河道的影响降至最低，既能满足各自的功能性需求，又减小建筑物建设规模，降低了白河汛期洪水风险，工程布置经济可行、安全合理■