劉 照

（河南方正水利工程咨詢有限公司）

1 灌區(qū)基本概況

梅山灌區(qū)始建于1958年，1970年全部建成，現(xiàn)有黎集渠首樞紐1 處，由溢流壩（壩長(zhǎng)132.00 m），沖砂閘（2 孔，最大泄量240.00 m3/s）、總干進(jìn)水閘（4 孔，設(shè)計(jì)引水流量57.40 m3/s）三部分組成。其中總干、干渠、分干6條，長(zhǎng)243.00 km，渠系建筑物820座；電灌站6座，設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為1.42×103kw；支渠31條長(zhǎng)225.30 km，各類(lèi)建筑物553座；斗渠600條長(zhǎng)977.10 km，小灌區(qū)及提灌區(qū)渠道總長(zhǎng)175.35 km，各類(lèi)建筑物206 座。干支渠輸水工程布局合理，在歷年抗旱中均發(fā)揮了重大的作用。

2 灌區(qū)目前存在的主要問(wèn)題

目前梅山灌區(qū)存在的主要問(wèn)題：一是原工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，梅山灌區(qū)始建于20 世紀(jì)五十年代，其設(shè)計(jì)、施工粗放，多為邊設(shè)計(jì)、邊施工，遺留問(wèn)題多，標(biāo)準(zhǔn)低，質(zhì)量差。干渠切崗段、填方段常發(fā)生滑坡淤塞及滲漏。二是灌區(qū)工程已運(yùn)行40多年，自然老化損壞嚴(yán)重，占工程的35.00%；三是資金短缺，工程年久失修，水毀工程修復(fù)難度較大，相當(dāng)數(shù)量病險(xiǎn)建筑物嚴(yán)重制約著灌區(qū)灌溉、除澇工程的正常運(yùn)行；四是工程配套程度低，尤其是斗渠以下工程配套更差；五是缺乏科學(xué)管理辦法，存在著不同程度的“重建輕管”；六是供水時(shí)間與作物需水時(shí)間矛盾突出，作物用水高峰期供水量少，水稻曬田期間徑流量大，部分農(nóng)民灌溉觀念陳舊，加之水源不足，養(yǎng)成了灌水寧多不少，寧深不淺的習(xí)慣；灌區(qū)的水費(fèi)征收大體經(jīng)過(guò)按畝計(jì)征，按方計(jì)征，及按畝加水量計(jì)征三個(gè)階段，因水費(fèi)很低僅能維持灌區(qū)內(nèi)的正常工作，灌區(qū)自我維持能力不足。

3 進(jìn)水閘、節(jié)制閘重建工程設(shè)計(jì)方案

梅山灌區(qū)進(jìn)水閘、節(jié)制閘重建工程涉及東干，西干，中干，東干一支，中干二支、八支、九支、十支，中分干四支、五支、六支，南干新一支、三支、六支，共計(jì)3 條干渠11 條支渠，進(jìn)水閘12 座；節(jié)制閘35 座。這批工程設(shè)施建于20 世紀(jì)70 年代，工程簡(jiǎn)陋，質(zhì)量差，標(biāo)準(zhǔn)低，加之通過(guò)幾十年的頻繁運(yùn)用，現(xiàn)已老化嚴(yán)重，啟閉設(shè)施已報(bào)廢，每逢灌溉時(shí)節(jié)水位調(diào)節(jié)無(wú)法保證，有時(shí)為了灌溉，群眾采用木杠加稻草捆堵截，操作難度相當(dāng)大，無(wú)法重復(fù)利用且不安全。為了切實(shí)解決這些突出問(wèn)題保證灌區(qū)灌溉，必須對(duì)這批工程進(jìn)行重建。現(xiàn)以東干渠吳小廟節(jié)制閘為例進(jìn)行工程設(shè)計(jì)：

東干渠吳小廟節(jié)制閘落在東干渠樁號(hào)26+680 處，設(shè)計(jì)流量為10.10 m3/s，雙閘孔，閘門(mén)尺寸為2.00 m×3.40 m（寬×高）。

3.1 閘孔凈寬計(jì)算

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001，總凈寬按下式計(jì)算：

節(jié)制閘過(guò)流能力按H0-hs=0.10 m 控制。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式得B0=3.97 m，考慮到結(jié)構(gòu)布置取4.00 m。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288-99 要求，確定該閘設(shè)2 孔，單孔凈寬2.00 m，采用C25鋼筋混凝土閘墩。

3.2 消能計(jì)算

3.2.1 消力池深度

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001）附錄B公式計(jì)算：

式中：d—消力池深度（m）；σ0—水躍淹沒(méi)系數(shù)，可采用1.05～1.10；h＂c—躍后水深（m）；hc—收縮水深（m）；α—水流動(dòng)能校正系數(shù)，可采用1.00～1.05；q—過(guò)閘單寬流量（m2/s）；b1—消力池首端寬度（m）；b2—消力池末端寬度（m）；T0—由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能（m）；Δz—出池落差（m）；h's—出池河床水深（m）。

經(jīng)過(guò)試算，不需要設(shè)消力池，為安全選定消力池深度為0.50 m。

3.2.2 消力池長(zhǎng)度

水躍長(zhǎng)度Lj=6.9（h＂c-hc）=5.7m

消力池長(zhǎng)度Lsj=Ls+βLj=4.5m

選定消力池總長(zhǎng)度取10.00 m。

3.2.3 海漫長(zhǎng)度

式中Lp—海漫長(zhǎng)度（m）；qs—消力池末端單寬流量（m2/s），經(jīng)計(jì)算為2.02 m2/s；Ks—海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，Ks取9；ΔH'—上、下游水頭差，代入上式得Lp=7.20 m確定海漫采用漿砌塊石護(hù)砌長(zhǎng)15 m。

3.2.4 閘室穩(wěn)定驗(yàn)算

3.2.4.1 閘室基底應(yīng)力計(jì)算公式

A—底板底面面積（m2）；∑M—作用于閘室的全部荷載對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的力矩之和（kN·m）；W—底板底面對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的截面矩（m3）。

3.2.4.2 基底應(yīng)力分布不均勻系數(shù)計(jì)算公式

式中字母含義同上。

3.2.4.3 閘室沿基面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式

式中：Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑H—作用于閘室上的全部水平向荷載之和（kN）。

由計(jì)算成果可知：閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）要求。地基應(yīng)力小于該層地基承載力。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)口段為10 m 長(zhǎng)的M7.5 漿砌石扭曲面，護(hù)底為厚0.40 m C20混凝土；閘室段長(zhǎng)6.50 m，兩孔結(jié)構(gòu)，單孔凈寬2.00 m，中墩厚1.00 m，為M7.5漿砌石，底板厚0.80 m，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；閘室上部為排架和閘房，閘門(mén)采用鑄鐵閘門(mén)，配套QLSD—8t啟閉機(jī)1臺(tái)，閘室后設(shè)一生產(chǎn)橋，橋?qū)?.00 m，橋板厚0.16 m，兩側(cè)為M7.5 漿砌石邊墻；橋后接長(zhǎng)10.00 m 消力池段，池深為0.50m，邊墻為重力式M7.5 漿砌石擋土墻，底部為厚0.50 m 的C20 混凝土；海漫段長(zhǎng)15.00 m，為M7.5 漿砌石扭曲面結(jié)構(gòu)；護(hù)底厚0.40 m，出口護(hù)坡厚0.40 m，坡度1：2，所有沉降縫內(nèi)均填塞閉孔泡沫板，閘室與陡坡段墩墻、底板交界處設(shè)“652”橡膠止水。

4 退水閘、跌水閘重建工程設(shè)計(jì)方案

梅山灌區(qū)退水閘、跌水閘重建工程涉及東干、獨(dú)山堰干渠、東干一支、中干八支、九支、十支、南干渠新一支、三支、六支，共計(jì)二條干渠七條支渠，退水閘11座；跌水閘13座，這批工程設(shè)施建于20世紀(jì)70年代，工程簡(jiǎn)陋，質(zhì)量差，標(biāo)準(zhǔn)低，加之通過(guò)幾十年的頻繁運(yùn)用，現(xiàn)已老化嚴(yán)重、閘房漏雨、門(mén)窗破損、啟閉機(jī)梁裂縫、閘門(mén)啟閉機(jī)老化等問(wèn)題。

為確保東干渠正常運(yùn)行引龍退水閘急需重建。引龍退水閘座落在樁號(hào)21+936，設(shè)計(jì)流量為8.00 m3/s。

計(jì)算情況如下：

4.1 水力計(jì)算

驗(yàn)算過(guò)流能力

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》SL265-2001，設(shè)計(jì)條件為寬頂堰流時(shí)，該閘應(yīng)能通過(guò)設(shè)計(jì)流量8.00 m3/s。根據(jù)實(shí)際所取孔數(shù)及閘孔布置型式，按寬頂堰泄流驗(yàn)算該閘過(guò)流能力，取閘門(mén)寬3.00 m。

式中：σs—淹沒(méi)系數(shù)，按水閘設(shè)計(jì)規(guī)范中表A..0.1—2 查得該值為0.97；ε—側(cè)向收縮系數(shù)，取0.90；m—流量系數(shù)，取0.39；n·b=1×3.0=1.0 m；H0=1.50 m。

故所定閘的規(guī)模合適。

4.2 消能計(jì)算

4.2.1 消力池深度計(jì)算

按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）附錄B公式計(jì)算：

式中：d—消力池深度（m）；σ0—水躍淹沒(méi)系數(shù)。采用1.10；h＂c—躍后水深（m）；hc—收縮水深（m）；α—水流動(dòng)能校正系數(shù)，采用1.00；q—過(guò)閘單寬流量（m3/s），為2.67m3/s；b1—消力池首端寬度（m），取3.00 m；b2—消力池末端寬度（m），取3.00 m；T0—由消力池底板頂面算起的總勢(shì)能（m），為2.87 m；Δz—出池落差（m）；h's—出池河床水深（m），為1.60 m。經(jīng)過(guò)試算，選定消力池深度d為0.85 m。

4.2.2 消力池長(zhǎng)度計(jì)算

水躍長(zhǎng)度Lj=6.9（h＂c-hc）=8.87 m

消力池長(zhǎng)度Lsj=Ls+βLj=8×1.02+0.7×8.87=9.27 m

選定消力池陡坡段水平投影長(zhǎng)度取10.20 m，水平段長(zhǎng)度取10.00 m。

4.2.3 海漫長(zhǎng)度計(jì)算

式中Lp—海漫長(zhǎng)度（m）；qs—消力池末端單寬流量（m3/s），經(jīng)計(jì)算為2.67 m3/s；Ks—海漫長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)，閘址處為粉質(zhì)粘土，Ks取9；ΔH'—上、下游水頭差，2.71 m。

代入上式得Lp=18.80 m。

海漫一、二段均采用漿砌塊石護(hù)砌分別長(zhǎng)12.00 m 與12.00 m。

4.3 閘室穩(wěn)定驗(yàn)算

4.3.1 閘室基底應(yīng)力計(jì)算公式

A—底板底面面積（m2）；∑M—作用于閘室的全部荷載對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的力矩之和（kN·m）；W—底板底面對(duì)底板底面垂直于水流方向的形心軸的截面矩（m3）。

4.3.2 基底應(yīng)力分布不均勻系數(shù)計(jì)算公式：

式中字母含義同上。

4.3.3 閘室沿基面的抗滑穩(wěn)定計(jì)算公式：

式中：Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—閘基底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑H—作用于閘室上的全部水平向荷載之和（kN）。

閘室穩(wěn)定復(fù)核成果見(jiàn)表1。

表1 閘室穩(wěn)定計(jì)算成果表

由計(jì)算成果可知：閘室抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和地基應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）要求。地基應(yīng)力小于該層地基承載力。

4.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

退水閘進(jìn)口段為6.80 m長(zhǎng)M7.5漿砌石八字墻，護(hù)底為C20混凝土，厚0.40 m。閘室段長(zhǎng)6.00 m，寬3.00 m，高3.40m，閘墩為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板為厚0.60 m的C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室上部為排架和閘房，閘門(mén)采用平板鋼閘門(mén)，配套LQD—（Ⅰ）—8t啟閉機(jī)1臺(tái)。閘室前設(shè)一交通橋，橋?qū)?.00 m，橋板厚0.16 m。閘后接陡坡及消力池段，陡坡段水平投影長(zhǎng)10.20 m，消力池段長(zhǎng)10.00 m，深為0.85 m，底部為厚0.40 m 的C20 混凝土護(hù)底。海漫兩段均長(zhǎng)12.00 m，護(hù)坡厚0.40 m，護(hù)底厚0.40 m，均為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)重建退水閘。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)梅山灌區(qū)的續(xù)建配套及節(jié)水改造，發(fā)展先進(jìn)的灌水方式，灌區(qū)土壤、水、熱、氣狀況得到改善，糧食產(chǎn)量將大幅度提高，經(jīng)濟(jì)作物、畜牧業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)也將得到相應(yīng)發(fā)展，從而增加經(jīng)濟(jì)收入，改善梅山灌區(qū)人民生活，有利于社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。