南水北调中线陶岔至鲁山段排水建筑物布置研究.pdf

第 4 1卷 第 1 6期 2 0 1 0 年 8 月 人 民 长 江 Ya ng t z e Ri v e r Vo 1 41 No 1 6 Au g， 201 0 文章编号 ： 1 0 0 1 4 1 7 9 ( 2 0 1 0) 1 6 0 0 3 6 0 3 南水北调中线陶岔至鲁山段排水建筑物布置研究 毛 文 耀 ， 张 菊 红 ( 长江勘 测规划设计研究院 规划处 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要 ： 南水北调 中线工程 总于渠陶岔至鲁 山渠段 位于河南省西南， 起始于南阳盆地 的西部边缘地 区， 沿伏牛 山 脉 南麓 山前丘 岗地带及 山前倾斜平原延 伸。总体上 南阳盆地 渠段 左岸地势较 高 ， 为此 需布置 左岸排 水建筑 物 。对 于较 大的河流( 流域 面积大于 2 0 k m ) ， 可直接修 建排 水建 筑物 ； 对于较 小的河沟 ， 可通 过开挖 引渠、 修 建截流沟归并水流再修建排 水建筑物。经过对 交叉河流和坡面径流的水文分析 与计算 ， 结合地形与地质条件 综合分析比较 ， 优化 了工程布置和建筑物选型 ， 确保总干渠的防洪安 全。 关键词 ： 排 水工程 ；大型渠道 ；建筑物分类；设计优化 ；南水北调 中线一期 工程 中图法分类号 ： T V 6 7 文 献标 志码 ：A 南水 北调 中线 工程 总 干 渠两 侧 地 势 一般 左 岸 高 、 右岸低 ， 沿线与总干渠相交 的众多大小河流水流一般 从 总干渠 的左侧 流 向 右侧 。 总干 渠 建成 后 ， 需 布 置适 当的排水建 筑物 将左 岸的河 道洪 水及坡 面径流 按现有 河 道分布情 况及 地形 条件导 到右 岸 。在陶岔 到鲁 山渠 段 ， 与渠道 交 叉 的大 小 河 流 较 多 ， 对 于流 域 面积 大 于 2 0 k m 的河流 ， 一般 可直 接 布置 河 渠交 叉 建 筑物 将洪 水从 总干渠 左岸 导到 右岸 ； 对 于 流域 面积 小 于 2 0 k m 小河 沟 ( 以下 简称左 岸排 水 河 沟 ) 而言 ， 由于其 纵 横交 错 ， 有 些河 沟彼此相 邻且 汇流 面积较 小 ， 平 原河 道和坡 面径 流流域 界线不 明显 ， 若 对所 有 左 岸排 水 河 沟 均 布 置排水 建筑 物显然 极 不经 济 ， 也 给 总 干渠 工 程 的 正常 运 行埋 下 了较 多 的 隐患 。 因此 ， 在 基本 不 改 变 原河 沟 功 能 和对归 并 区域 内防洪 灌 溉 影 响很 小 的情 况 下 ， 对 部分小河沟通过开挖 引渠或修建截流沟使其相互贯 通 、 归并 ， 归并后在适当的位置优化布置排水建筑物 ， 导 排总 干渠左 岸洪 水 。 1 排水建筑物的分类及数量确定 1 1 归并原则 ( 1 )归并 时 ， 应 综 合分 析 洪 水 发生 时 的 流势 和 总 干 渠沿线 的淹 没水 深 ， 确定 建筑 物 的位 置和规 模 ， 尽 量 减少 对左 岸村庄 和耕地 的淹 没影 响。 ( 2 )对 平原 区的 田问排 水 沟 ， 应结 合 当地 的灌 区 规划 及现有排 水 出 口情 况 等 进行 归 并 ； 对 于 山丘 区或 低 山区较 为密集且 汇 流 面积 较 小 的河 沟 进行 归 并 时 ， 应根 据各天 然河 沟的走 向 、 汇流 情 况等 实 际情 况 进行 分析论 证 。一 般采用 小 ( 流量 ) 并 大 ( 流量 ) ， 高并 低 的 原 则 。 1 2 排水建筑物的分类 根 据水文 、 地质 以及实 际情况 综合 分析 ， 按 照交叉 河 流与 总干渠 的相 对高 程 关 系 ， 将 左 岸排 水 建 筑物 主 要 分 为倒 虹 吸 、 涵 洞和 渡槽 3种 型 式 ， 分别 见 图 1 、 图 2 、 图 3 。当河道水位高于总干渠渠堤时， 一般修建排 水渡槽 ， 若交通通道在排水渡槽 下， 梁底应高于路面 4 5 m； 当河道 洪水位 较低 时 ， 一般 修建排 水涵洞 ， 涵洞 宣 泄常遇 洪水 时为 明流 ， 宣 泄较大 洪水 时为有压 流 ； 当 河 沟底部 高程 与总干 渠渠底相 当或 位于 总干渠渠底 与 校核水位之间时， 一般修建排水倒虹吸， 这种排水形式 在 总干渠左 岸排 水建筑 物 中较 为常见 。 1 3排水建筑物 的数量 总干 渠陶 岔至鲁 山段 左岸 现 有 河 沟 1 4 4条 ， 经 归 并后 初步确 定布 置 9 2座排 水 建筑 物 。经 进 一步 比较 收 稿 日期 ： 2 0 1 00 63 0 作者简介 ： 毛文耀 ， 男 ， 高级工程师 ， 主要从事水利工程规划设计工作 。 第 l 6期 毛文耀 ， 等： 南水北调 中线 陶岔 至鲁 山段排水建筑物布置研 究 3 7 优化 ， 9 2座 排水建 筑物 包括 倒 虹 吸 7 2座 、 涵 洞 1 5座 、 排 水渡槽 4座 、 排水 改道 工程 1 座 。 图 1排 水 倒 虹 吸示 意 图 2排 水涵 洞示 意 图 3 排 水渡槽示意 2 工程设计布置原则 左岸排 水建 筑物 一般 由进 出 口连 接段 、 进 出 口段 、 箱涵 段组 成 。工 程设计 内容包括 确定 左岸 排水 建筑 物 的轴线位置、 建筑物形式、 建筑物组成及各部分的相对 关 系。设计 时遵 循 以下 原则 。 2 1 建筑 物轴线位置 建 筑物 轴线选 择应 综合 考虑 尽可 能使进 出 口天然 河 道水 流衔接 平顺 ， 避 免 出 口水 流 对 冲 下 游村 镇 或 居 民点 ， 不 可避免 时 应 采取 适 当 防护措 施 。当河 流 与 总 干渠轴 线法线 交角 较 大 时 ， 可适 当调 整 建 筑物 轴 线 方 位 、 在进 出 口设 置 连接段 与天 然河道 平顺 衔接 ， 并对 建 筑 物工 程量 、 河 道 防护工 程量 、 工程 占地及 对相关 河 流 行 洪影 响进行综 合 比较 确定 。 2 2建筑物箱涵布置 箱涵 过水 断面 的确定 以常遇 洪水 下不 恶化 当地 防 洪 、 除涝条 件为标 准 ， 并 根据 淹没 损失 与建 筑物工 程投 资进行综合 比较确定 ， 通常壅高水位控制在 0 3 m以 内， 如 可能造 成过 大 的淹 没 损失 和移 民问题 时可 适 当 加大 。对洪水 期 间 ( 在 设 计 或 校 核标 准范 围 内 ) 左 岸 相邻排水建筑物 ( 包括河渠交叉建筑物) 汇流区 内发 生水流串流的情况 ， 应根据联合调洪演算成果 ， 对左岸 排 水建筑 物 的行洪规 模进 行统 一规 划 。 涵 管一般 采用方 形 箱 涵 ， 为 改 善 管顶 总干 渠 地 基 变形 及衬 砌受 力条件 ， 管顶 距 总 干 渠 渠底 以下 最 小埋 深为 1 5 m。两端 斜坡段坡度 按斜坡段地 基边坡稳 定 、 涵 管独立 工作 时抗 滑 稳 定 和 涵 管上 方 填 土 岸坡 稳 定 要求 确定 。 涵管进 口底高程与进 口连接段底高程相 同， 出 口 断面底高程与出口连接段底高程相同。当箱涵出口顶 板 高程 低于 进 口段 顶 高 程 时 ， 可 在 进 出 口处 设 垂 直 于 倒虹吸轴线的竖向挡板 ， 挡板顶高程分别与进出 口建 筑 物顶 高程 相 同。 2 3建筑物进 口段布置 建 筑物 进 口段 一 般 由进 口缓 坡 段 和 连 接 段 组 成 ( 部 分斜 向汇 入 建 筑 物 包 括 整 流 塘 ) 。进 口缓 坡 段 采 用梯形断面 ， 底板与上游河床和连接段底板相接 ， 宽度 与连接段底宽相同， 侧坡略缓于进口处天然河道岸坡 ， 并满足稳定要求 ， 缓坡段轴线布置方位和长度根据与 天 然河 道 的衔接关 系 ， 按水 工模 型试验 成果 进行 设计 。 缓 坡段设 计 长度 同时 还 应 满足 以下 条 件 ： 根 据 连接 段 与天然河道设计流量下的水 面宽度差值， 断面收缩时 沿 水流 方 向取 2 5倍 水 面宽 度 差 ， 扩 散 时 取 3 5倍 水 面 宽度差 。底 板 以斜 面连接 天然河 道河 床及 连接段 底 板 ， 纵坡不陡于 1 ： 5， 两侧以圆弧翼墙或扭 曲面连接天 然河 道河 岸 和连接段 边坡 。 进 口连接段连接缓坡与箱涵进 口， 底板宽度与建 筑物进水 口过水前缘宽度相 同， 底板高程根据倒虹吸 运行条件确定 ， 为避免倒虹吸进口斜管段 内发生水跃 ， 在各 级流量 下应 能满 足下 式条 件 ： Z H 下 一0 1 5 ( Q 4 ) 一h ( 1 ) 式 中 ， z为进 口段 底 板 顶 面 高 程 ； Q 为 倒 虹 吸排 洪 流 量 ； 下为倒 虹吸 出 口处 与 Q对 应 的 天然 河道 水 位 ； A 为倒虹 吸管 行洪 断面 面积 ； h为涵 管过水 断 面高度 。 进 口段 两侧翼 墙一 般采 用 圆弧翼 墙与进 口缓 坡段 岸坡连接， 当倒虹吸受进口壅水高度限制 ， 一般情况下 进 口段翼墙顶高程与天然河岸底高程平齐， 当倒虹吸 进 口在校核洪水以下流量下发生滩地漫流时 ， 进 口段 翼墙顶高程应不低于校核水位加 0 2 5 i n超高。 2 4 出口建筑物布置 出 口段一般 包括 出 口连接 段 、 出 口缓 坡段 ， 部分 建 筑物包 括 出 口引渠 。 出口连接段与箱涵 出口连接， 由两侧翼墙和底板 连接形成 ， 底板宽度与倒虹吸进水 口过水前缘宽度相 同， 出口段底高程一般与建筑物出口高程相同， 两侧翼 墙 一般采 用 圆弧翼 墙 与 出 口缓 坡 段 连 接 ， 一 般 情况 下 翼墙顶高程与天然河岸底 高程平齐 ， 当倒虹吸出 口在 校核洪水 以下流量下发生滩地漫流时， 出 口段翼墙顶 高程应不低于校核水位加 0 2 5 m超高。 3 8 人 民 长 江 出 口缓坡 段采 用梯 形 断 面 ， 侧 坡 略缓 于 出 口处天 然河道岸坡 ， 并满足稳定要求， 轴线 布置为弯道 时， 半 径按 4倍水面宽度确定 ， 弯道与出 口段之间直线段长 度应 不小 于 1 倍 水面 宽度 。缓坡 段长度 按连 接段 和天 然河道设计流量下的水面宽度差值确定 ， 一般情况下 断 面沿水 流方 向收缩 时 取 2 5倍 水 面 宽度 差 ， 扩 散 时 取 3 5倍水面宽度差。底板以斜面连接天然河道河床 及连 接段底 板 ， 两侧 以 平 面或 扭 曲 面连 接 天然 河 道 河 岸 和连接段 边坡 。出 口缓坡 段均 略缓 于进 口缓 坡段 。 3 消能与防护 3 1涵洞出 口消能 对于排 洪涵 洞 ， 应 针 对 设计 洪 水 标 准 以下 的各级 流量 ， 根据水 流衔 接条 件 确定 是 否 需 要设 置 出 口消能 工 ， 对 出 口段 河 岸或连 接 明渠 采取 防护措 施 。 3 2 河岸防护 当建筑 物 出 口段 以弯道 型式 与 天然 河 道 连 接 时 ， 应根 据水流 衔接 条件 ， 对连接 段 附近的 天然河道 岸坡 进行必要的防护， 防止由于左岸排水建筑物修建后 ， 对 邻近天然河道造成不利冲刷。 4 结 语 总干渠陶岔至鲁 山段排水建筑物数量众多， 分布 范围广 ， 工程规模差别很大。在排水建筑物的布置研 究 中 ， 通过 对 河 流特 性 的研究 ， 对 天然 河 ( 沟 ) 进 行 了 适 当归并 ， 并根 据地形 特 点 选择 合 适 的排 水 建 筑物 型 式 ， 沿 线共 布置 7 2座排水 倒虹 吸 、 1 5座排水 涵洞 、 4座 排水 渡槽 ， 并 进行 1处河 道改道 。在排 水规模 方面 ， 通 过对当地防洪 、 排 涝的影 响分析进行合理确定 ， 一般 2 0 a一遇洪 水河道 壅高 水位控 制在 0 3 m 以 内。在排 水建筑 物布 置上 ， 充分考 虑 与天然 河 ( 沟 ) 水 流平 顺 衔 接 的要 求 ， 并针 对轴 线 布 置及 进 出 口连 接 型式 采 取水 工模型 试验进 行研 究 和优 化 ， 做好 进 口的 防护 工 程及 出 口的消能 防冲工 程措 施 ， 避 免 对集 中 的村 庄 造 成 影 响 。排 水建筑 物 的合理 布置将对 保 障总干渠 的运 行安 全及进 出 口附近 的防洪 安全发挥 较大 的作用 。 ( 编 辑 ： 常 汉 生 ) Re s e a r c h o n dr a i na g e s t r uc t u r e s f r o m Ta o c h a t o Lus ha n s e c i o n o n l e f t b a n k o f m a i n c a na l o f Mi d d l e R o u t e P r o j e c t o f SN Wa t e r Di v e r s i o n MA0 W e n y a o ZHANG J u ho n g ( P l a n n i n g a n d D e s i g n D e p a r t m e n t ， C h a n g i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y 。 P l a n n i n g ， D e s i g n a n d R e s e a r c h ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T a o c h at oL u s h a n s e c t i o n o f t h e ma i n c a n a l o f Mi d d l e Ro u t e P r o j e c t o f SN Wa t e r D i v e r s i o n i s l o c a t e d a t t h e s o u t hwe s t o f He na n P r o v i nc e，s t a r t s a t b o r d e r a r e a o f Na n y a n g Ba s i n a nd s t r e t c he s i n t h e s o u t h p i e dmo n t hi l l y a r e a a nd p l a i n o f F u ni u mo u nt a i ns I n g e n e r a l ，t h e l e ft l a nd f o r m e l e v a t i o n o f t h e c a n a l i s h i g he r t h a n t h a t o n t h e r i g h t o f t h e c a na l ，S O t h e d r a i n a g e s t r u c t u r e s o n t h e l e ft o f t h e c a n a l a r e n e e d e d t o b e c o n s t r u c t e d t o d i v e r t w a t e r t o t h e r i g h t s i d e F o r l a r g e r r i v e r ( b a s i n a r e a o v e r 2 0 k m2 )，d r a i n a g e s t r u c t u r e c a n b e d i r e c t l y b u i l t ；f o r s ma l l e r r i v e r a n d g u l l y ，d i v e r s i o n c a n a l a n d i n t e r c e p t i o n d i t c h c a n b e b u i l t t o ha r v e s t flo w a n d t h e n di v e r t b y d r a i n a g e s t ru c t u r e Th r o u g h hy d r o l o g i c a l a n a l ys i s a nd c a l c u l a t i o n o f c r o s s r i v e r s a n d s l o p e runo f f ， i n t h e c o mb i na t i o n o f l a n d f o r m a n d g e o l o g i c a l c o n d i t i o ns ，t h e s t ru c t u r e l a yo u t a nd t yp e s a r e o pt i mi z e d t o g u a r a nt e e t h e s a f e t y o f t h e c a n a 1 Ke y wo r d s ： d r a i n a g e s t r u c t u r e ；c l a s s i f i c a t i o n；c a n a l ；o p t i mi z a t i o n；Mi d d l e Ro u t e P r o j e c t o f SN Wa t e r Di v e r s i o n ( 上 接 第 3l页 J Re s e a r c h o n s pa n o f l a r g e r e c t a ng ul a r a q ue d uc t fro m Ta o c ha t o Lu s h a n s e c t i o n o f S - N W a t e r Di v e r s i o n P r o j e c t P AN J i a n g ，L U Gu o l i a n g ，Z HE NG G u a n g j u n ( H y d r a u l i c C o m p l e x D e s i g n D e p a r t me n t ，C h a n g j i a n g I n s t i t u t e o f S u r v e y ， P l a n n i n g ， D e s i g n a n d R e s e a r c h ， Wu h a n 4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e a q u e d u c t s t r u c t u r e s o f SN Wa t e r Di v e r s i o n P r o j e c t o f T a o c h a t o L u s h a n s e c t i o n a r e c h a r a c t e r i z e d b y l a r g e c o ns t r uc t i o n v o l u me a n d hi g h s a f e t y r e l i a b i l i t y d e ma n d，a n d t h e s t ru c t u r e f o r m a n d s pa n o f a q u e d uc t s h a v e b e e n s t ud i e d for a l o n g t i me W e b r i e fl y i n t r o d u c e t h e s t u d y c o n t e n t s i n c l u d i n g i n fl u e n c e o f a q u e d u c t s s p a n t o fl o o d c o n t r o l a n d e n g i n e e r i n g i n v e s t me n t ， s t r e s s a n a l y s i s r e s u l t s o f d i f f e r e nt s pa n s c he me s ，a n d t he c o mp a r a t i v e r e s u l t s o f c o n s t r u c t i o n a n d e n g i n e e r i ng i nv e s t me nt s o f t wo s p a n s e h e me s Af t e r c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o f d i ffe r e n t c a l e u l a t i v c c a s e s，we s ug g e s t t h a t a qu e d u c t t y pe a s r e c t a ng u l a r ，s i mpl e s u pp o r t e d b e a m t y pe s h o ul d b e a d o p t e d，a n d t h e mo s t o p t i mi z e d a q ue d u c t s p a n i s 4 0 m K e y wo r ds： g i r de r a q ue d uc t ；s p a n s e l e c t i o n；s t r e s s a na l y s i s ； e n g i n e e r i ng i n v e s t 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