水位設計論文：閘底板工程設計特點透析范文

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作者：劉筠王昊張峰單位：河南黃河河務局工程建設

小浪底水庫運用后沖淤變化特點

小浪底水庫運用后，進入下游的水沙條件進一步發生變化，黃河下游河道出現明顯沖刷下切。從圖1可以看出，花園口斷面河床平均高程較小浪底水庫運用前下降1．07m。上述比較是對花園口全斷面進行的平均河床高程的比較，如單從主河槽來看，下切更為明顯。同時，從圖1也可以看出，小浪底水庫運用至2007年，河床一直呈持續下切趨勢，2007年以后，河床沖刷下切減緩，個別年份還略有淤積。對比小浪底水庫運用與三門峽水庫運用初期下游河床平均高程，可以看出，目前小浪底水庫運用后河床平均高程已經接近三門峽水庫運用初期河床沖刷下切后的平均高程。

引黃涵閘設計引水位確定分析

1設計引水位確定需要考慮的因素

引黃涵閘設計中，設計水位需要考慮兩方面的影響因素。一是用水對象的要求。引黃涵閘主要供水對象為工業、城市生活用水和農業用水等。工業、城市生活用水均需要進入沉沙池，然后經處理后送給供水對象。農業用水一般考慮灌區自流灌溉需要。上述兩種用水水位確定時均應根據需水對象要求水位按水面線推至引黃涵閘下游，然后根據涵閘過流能力確定對應引黃涵閘的上游最低水位。二是按用水保證率分析相應水位。根據用水對象要求，確定用水對象保證率，通過直接分析對應保證率的大河流量，按水位流量關系確定對應設計水位。根據設計水位，計算下游水位，以此推算下游渠道或供水對象能夠得到的水頭。

2對應河段大河流量的確定

黃河下游特殊的來水來沙條件，造成河道斷面沖淤變化較大。不同年份，甚至同一年內，同流量對應水位受河道斷面沖淤影響也會有較大變化。因此，根據用水對象保證率確定設計引水位時，首先按保證率分析大河對應的流量，根據大河流量按斷面水位流量關系來確定相應水位，然后在此基礎上考慮在整個工程使用期內的大河沖淤對此產生的影響。設計流量分析中，應分析取水對象需求［1］。以農業需水為例，一般取作物灌溉期對應的大河平均流量。另一方面，也需要考慮黃河水量調度的需求。以花園口所處河段為例，當花園口斷面流量小于預警流量150m3／s時［2］，其上游河段將禁止取水。這意味著即使是工業取水，其用水保證率要求較高，也只能通過蓄水設施在大流量期間多取水作為備用水源，而不能簡單根據用水對象的保證率，確定在大河很小流量下取水來獲取自己的用水保證。因此，在按保證率確定對應大河流量時還需要考慮水量調度等相關規定的影響。

3設計引水位確定綜合分析

受黃河下游河道長期淤積的影響，同流量水位變化很大，且與河道沖淤情況直接相關。為規范設計洪水位以及設計引水位的確定，在保證防洪安全、引水安全的情況下兼顧經濟合理，一般黃河下游引黃涵閘設計水平年，以工程建成后30a為設計水平年［3］。對于設計引水位，意味著應該保證至少在30a內，設計引水應該能滿足取水保證率的要求。

目前，黃河下游河道沖淤預測，采用《黃河古賢水利樞紐項目建議書》成果，即小浪底水庫運用后下游河道2020年左右沖刷達到最大。圖2為花園口2001—2010年汛后水位流量關系圖。從圖2可以看出，小浪底水庫運用后，以2010年與2001年800m3／s對應水位相比，其同流量水位下降1．7m，年平均下降0．17m。而比較2007年與2001年該流量水位，期間共下降1．3m，年均下降0．22m。由此可以看出，小浪底水庫運用后，黃河下游河道沖刷明顯，沖刷下切速率比預計值要大。但隨著河床沖刷，沖刷速率也出現減緩趨勢。根據《黃河古賢水利樞紐項目建議書》預測，2020年沖刷將達到最大值，因此在設計引水位確定時，需要考慮整個使用期內河段沖刷的影響，或者說，在確定閘底板高程時，必須考慮到河床沖刷下切后的實際過流能力，避免設計引水位取值過高，致使在河槽沖刷深度較大時水閘引水不足甚至無法引水。

4除險加固設計中應注意的問題

一般已建水閘的除險加固工程，閘底板高程已經確定，因此，在大河水位一定的情況下，水閘的過流能力也基本確定。然而，設計流量對應水位會隨河床沖淤變化而變化，因此在除險加固設計時，對引黃涵閘在運用期內供水能力的合理預測，對水閘日后的管理十分重要。目前，在對引黃涵閘進行除險加固設計時，根據水閘運行期，預測河床沖淤變化，一般可考慮2020年河床沖刷下切達到最大值時，在設計流量下對應的水位，以此復核水閘的過流能力。根據預測水閘的過流能力，對比實際引水需要，提出合理的應對措施。

引黃涵閘設計防洪水位確定分析

引黃涵閘是永久性的混凝土建筑物，建成后很難對其結構直接進行加高和擴展。水閘設計防洪水位直接關系到水閘的布置、閘室穩定以及滲流穩定，加之引黃涵閘擋水主要靠堤防，其相應堤防的高度也與此防洪水位直接相關。考慮水閘使用年限較長，且其加固相對較難，因此在確定引黃涵閘設計防洪水位時，應充分考慮涵閘整個使用期防洪安全要求，為水閘的防滲設計和穩定計算提供合理的取值。受黃河下游河道長期淤積的影響，同一斷面處同流量水位變化很大，且與河道沖淤情況直接相關。設計洪水位確定時，需要在保證防洪安全、引水安全的情況下同時兼顧經濟合理。

根據《黃河古賢水利樞紐項目建議書》的相關內容，小浪底水庫運用后下游河道2020年左右沖刷達到最大，2028年左右淤積恢復到2000年狀態。此后，黃河下游年均淤積量為3．45億t，花園口—高村河段的年平均淤積抬升速率為0．062m／a。因此，在目前情況下，在新建引黃涵閘或涵閘除險加固設計時，應對防洪水位進行合理分析。通常，按水閘建成后30a作為水平年，即考慮2028年河道恢復到2000年，然后采用2000年河道防洪水位加上2028年至設計水平年間的河床淤積作為設計防洪水位。

結語

引黃涵閘的設計引水位以及設計防洪水位直接關系到水閘功能的實現和防洪安全。受黃河特殊的來水來沙條件影響，在今后一段時間內，下游河道將會隨小浪底水庫的不同運用期而呈現出沖刷下切然后逐步回淤的過程。因此，引黃涵閘作為永久性水工建筑物，在其設計中，應充分考慮下游河道這種特殊變化趨勢帶來的影響，即設計引水位的確定應考慮整個使用期內可能發生的沖刷影響，而設計防洪水位則應考慮其使用期內淤積帶來的影響。同時，對于除險加固的引黃涵閘，在不進行拆除重建的情況下，其閘底板高程已經確定，因此合理預測涵閘除險加固后使用期內設計流量下水位的變化，對今后的管理也有著重要的意義。