南沟门水库北线供水工程串坡沟治理工程方案设计

南沟门水库北线供水工程串坡沟治理工程方案设计

刘桓辰康勇

陕西省水利电力勘测设计研究院西安710001

摘要：对南沟门北线供水工程中串坡沟附近洛河及串坡沟沟道洪水进行分析，从而确定了串坡沟内二级泵站厂区设计高程、管道布设位置及走向、沟道排洪渠涵布设等建筑物的设计及优化工作，为其他工程的设计起到了一定的指导作用。

关键词：南沟门水库；沟道防洪；沟道治理；方案设计

ChuanPoGullyProjectDesignofwaterpersionproject（northline）ofthereservoirofNanGouMen

LiuHuanchen，KangYong

（ShaanxiProvinceInstituteofWaterResourcesandElectricPowerInvestigationandDesign，Xi'an710001，China）

Abstract：Analyzingthewaterpersionproject（northline）ofthereservoirofNanGouMentodeterminetheheightlevelofpumpingstation，pipelinelocationandalignment，thelayoutoffloodwaytothegully.Discussingthedesigningandoptimizationtotheabovebuildings.Ithasplayedacertainguidingroleinthedesignofotherprojects.

KeyWords：ReserviorofNanGouMen；Gullyfloodcontrol；Gullymanagement；Conceptualdesign

1、工程概况

南沟门水库北线供水工程是以南沟门水库枢纽工程作为取水水源地，向延安煤油气资源综合利用项目以及华能延安电厂输送原水的长距离调水工程。工程为Ⅲ等中型输水工程，设计最大年供水能力3210万m3。工程设加压泵站两座，其中一级加压泵站位于南沟门水库库区内，距离坝址1.8km处，设计流量1.44m3/s。二级加压泵站位于串坡沟沟口右岸，设计流量1.38m3/s。

2、设计方案

二级泵站址位于洛河右岸、云南河铁路隧洞南口的串坡沟内，站址接隧洞出口布置在串坡沟口右岸台地，距沟道口约120m，距上游马家河引水工程穿串坡沟下隧洞洞线440m。泵站厂区主要建筑包括进水池、主副厂房、宿办楼等。厂区外建筑物包括压力输水管道及输水建筑物、沟道排洪渠化治理、交通道路等。由于站址地形狭长局促，左岸边坡陡峭，为满足厂区建筑物布置，对泵站布置、输水管线构筑物保护、沟道排洪、沟口防洪等因素综合考虑。

2.1厂区布置

整个二级泵站布设于沟道的右岸，距离串坡沟口处约120m。考虑厂区的防洪问题，厂平布设于校核洪水位以上0.5m。由于串坡沟同时存在洪水频率问题，在考虑厂平高程时将洛河洪水位与串坡沟洪水位综合考虑。串坡沟附近洛河30年一遇洪峰流量为6060m3/s，对应洪水位851.80，100年一遇洪峰流量为8960m3/s，对应洪水位854.30；串坡沟30年一遇洪峰流量为70m3/s，100年一遇洪峰流量为107m3/s。由于上述洪峰流量在计算过程中并未考虑洪峰流量的叠加，因此仅按照单一洪峰流量来确定厂平高程则会造成洪峰叠加时厂区平面会被洪水淹没，洪水倒灌至泵站厂房内，导致厂房内设备被洪水淹没，造成巨大人员及经济损失。按照明渠均匀流计算串坡沟口对应洪水位，计算公式如下[1]：

式中：Q—设计洪峰流量，m3/s；

A—过水断面面积，m2；

R—水力半径，m；

i—明渠的底坡，i=sinθ，θ为明渠底部与水平面的夹角，对于底坡较小时（|θ|≤6°），i≈tanθ；

n—糙率；

由于天然沟道断面形式复杂，因此按照复式断面分别求得对应洪水位。洪水叠加计算成果如下表所示：

根据计算成果，结合整个串坡沟现状，为了保证沟道内管线等设施在洪水期间的安全，防止洪水期及洪水退去后对整个沟道地面的冲刷，确定采用洛河100年一遇洪水位+串坡沟10年一遇洪水位叠加成果，考虑厂区一定超高，最终将厂区厂平确定为855.50m。并且将整个沟道内设计洪水位以下部分采取相应的防护措施，结合工程建成投产后的维护检修需求，也要有相应的交通道路，采取沟道整平措施等。

2.2管线布设

输水管线自二级泵站出来后沿串坡沟左岸布设，共4根输水管线，其中2根为DN400钢管，设计管压为4.8MPa，管线末点为华能延安电厂；另外2根为DN800球墨铸铁管，设计管压为2.5MPa，管线末点为延安煤油气资源综合利用项目。4条管线沿串坡沟左岸平行布设大约400m，穿越马家河引水工程隧洞顶部，继续沿串坡沟左岸布设大约500m后，DN800的延安煤油气资源综合利用项目进入该工程压力隧洞，继续向受水点供水；DN400的华能延安电厂则继续沿沟底布设，后经爬坡段到达受水点。

串坡沟口附近管线均布置在排洪渠涵背水侧，原地面高程与设计洪水位最大高差达到13m，平均高差约4m。为了保证二级泵站厂区及附近管线等建筑物的安全，故串坡沟口附近地面全部回填至设计厂平高程。因此管线在布设过程中，要穿越高垫方区域。为了防止发生不均匀沉降，将管线设计高程降低至原地面线以下，并且将管道全部采用C20钢筋砼进行包裹，以防止外部荷载过大导致管道破裂。同时，为了维护检修方便，在管中心线附近布设4m宽的水泥路面[2]。

2.3沟道防护

由于二级泵站、高压输水管线以及先前建成的马家河引水工程输水隧洞等建筑物的存在，导致整个串坡沟的防洪问题十分突出。

整个串坡沟天然平均比降为4.1%，比降较陡，并且沟口紧邻洛河，一旦洛河发生设计洪水，洪水将倒灌进整个串坡沟。根据二级泵站厂区的平面布置以及二级泵站后输水管线的布设情况，在串坡沟底沿沟道水流方向，自上游向下游分别布设排洪明渠段、渐变段、排洪箱涵段以及护坦段。

排洪明渠段长90.99m，左岸设现浇C25块石砼重力式挡墙，设计比降采用天然沟道比降，重力式挡墙背平行布设4根输水管线；排洪渠右岸贴近现状天然岸坎，采用500mm厚的M7.5MU30浆砌石护坡进行砌护。整个排洪明渠段底宽6m。

明渠段下游接渐变段，渐变段主要作用是将明渠段与箱涵段进行衔接，渐变段长25.8m，设计比降、底宽与明渠段一致。渐变段左岸设现浇C25块石砼重力式挡墙，右岸采用现浇C25块石砼重力式挡墙贴近现状天然岸坎，底宽9.5m。渐变段起点设拦污墩及拦污柱，间距3m，拦污墩顶端设工作桥，宽2.0m，设计主要目的是拦截沟道内洪水携带的大体积杂物，防止进入下游箱涵，造成堵塞从而影响二级泵站厂区安全。

渐变段下游接排洪箱涵，排洪箱涵位于整个串坡沟口附近，从整个厂区下方穿越，到达串坡沟口，排洪箱涵长度140.59m，设计比降为2%，断面净尺寸为7m×7m，箱涵底板高程为841.41m～844.22m，箱涵顶板覆土厚度为3.73m～5.94m。下游与消力护坦段相连接。由于箱涵顶低于洛河100年+串坡沟100年设计洪水位，因此，箱涵在通过串坡沟设计洪水时整个箱涵被水充满，将对水流有一定阻碍，从而产生雍水，为了保证雍水水位不倒灌至厂区内，应当对箱涵上游雍水高度进行验算，由于箱涵断面为矩形，箱涵底板与上游渐变段衔接平顺，因此可以按照无底坎宽顶堰对过留能力进行验算[3]：

式中：b—单孔净宽；

n—闸孔孔数；

H0—包括行近流速水头的堰上水头，；

m—流量系数；

σc—侧收缩系数；

σs—淹没系数；

针对本工程箱涵计算条件，b=7m，n=1，箱涵下游洪水位取洛河100年设计洪水位，箱涵断面过留能力取串坡沟100年一遇洪峰流量，即107m3/s。按照上游行近流速为0m/s，则当H=0.9m，时对应Q=70.84m3/s。即箱涵下游水位为854.32时，箱涵上游对应水位855.22即可过流设计洪峰流量。

沟道末段的护坦段距离串坡沟口约30m，整个护坦段沿串坡沟水流方向长20m，铺设1.5m厚格宾笼石，主要作用是将上游下泄洪水进行消能，排放至洛河主河道内，此外还防止下泄洪水对箱涵末端基础的掏刷，造成箱涵及上部厂区的不均匀沉降。

此外，整个沟道防护治理段地下水位较高，为了防止地下水扬压力对

底板的顶托，造成底板失稳破坏，在全段底板下均埋设Φ200PVC硬质花管，将地下水引向沟口护坦段，释放扬压力从而保证沟道防护的安全。

3、结论

本文对南沟门北线供水工程串坡沟治理工程方案及设计要点进行了总结。串坡沟作为南沟门北线供水工程二级泵站站址所处沟道，由于整个工程布置以及现有已成工程建筑物等原因，导致整个沟道的防洪问题较为突出。通过合理布置及反复优化，最终在满足各方面要求的情况下，使整个沟道内的防洪影响降到最低，同时也是保证工程长期安全稳定运行的一个前提条件。

参考文献：

[1]李炜水力计算手册（第二版）[M]，中国水利水电出版社，2006（6）

[2]CECS193-2005城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程[S]

[3]SL285-2003水利水电工程进水口设计规范[S]

作者简介：刘桓辰（1985-）男，硕士研究生，工程师。主要从事水工结构、引调水设计。