郝國紅

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊050021）

南運(yùn)河是我國著名的京杭大運(yùn)河的一部分，在歷史上一直擔(dān)負(fù)著航運(yùn)、供水、灌溉和泄洪任務(wù)，自20世紀(jì)70年代開始斷流停航，20世紀(jì)80年代以來， 為解決天津市用水，南運(yùn)河多次承擔(dān)了引黃濟(jì)津輸水任務(wù)。

子牙新河是1966～1967年子牙河系新開辟的洪水直接入海通道，是海河流域洪水分區(qū)防守、分流入海防洪體系中的重要組成部分， 是河北省最主要的骨干防洪工程之一。

北排河是在進(jìn)行子牙新河修筑過程中， 結(jié)合填筑子牙新河右堤， 在堤外開挖的運(yùn)東區(qū)域直接入海骨干排滯河道。

子牙新河穿運(yùn)樞紐工程是為解決東西走向的子牙新河、 北排河與南北走向的南運(yùn)河的交叉問題而修建的立體交叉工程， 在三條河管理運(yùn)用中處于重要地位，樞紐工程位于滄州市青縣城南9km處，始建于1967年。樞紐工程東側(cè)約500m為104國道和京滬鐵路。 自穿運(yùn)樞紐沿子牙新河向上游約81km為獻(xiàn)縣樞紐工程，向下游約62km為海口樞紐。

樞紐工程安全類別評定為四類， 需進(jìn)行除險(xiǎn)加固， 除險(xiǎn)加固的主要任務(wù)是通過對子牙新河主槽涵洞、北排河穿運(yùn)涵洞、南運(yùn)河節(jié)制閘重建，加固引水壓槽閘、平交埝等工程措施，保證南運(yùn)河安全輸水和子牙新河行洪和北排河排澇安全， 保留穿運(yùn)樞紐南運(yùn)河原有航運(yùn)功能。

穿運(yùn)樞紐的工程等別Ⅰ等，子牙新河渡槽、左堤防洪閘為1級建筑物，北排河渡槽、右堤防洪閘為2級建筑物，引水壓槽閘為3級建筑物，導(dǎo)流堤和平交埝為4級堤防。 穿運(yùn)樞紐承擔(dān)南運(yùn)河輸水的建筑物，通過設(shè)計(jì)流量100m3/s。 穿運(yùn)樞紐位于子牙新河的建筑物，其防洪標(biāo)準(zhǔn)按子牙新河50年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量5500m3/s，“63·8” 實(shí)際洪水校核流量8800m3/s。穿運(yùn)樞紐位于北排河的建筑物，按南、北排河聯(lián)合運(yùn)用方案調(diào)整后的北排河排澇規(guī)模346m3/s。 根據(jù)GB18306—2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，穿運(yùn)樞紐區(qū)地震動(dòng)峰值加速度0.10g， 相應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度，根據(jù)SL203—97《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，該工程按設(shè)防烈度7度進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

樞紐工程由子牙新河渡槽、北排河渡槽、南運(yùn)河節(jié)制閘、右堤防洪閘、引水壓槽工程和灘地平交埝等組成，樞紐工程示意如圖1。

圖1 樞紐工程示意圖

作為樞紐的一個(gè)重要組成部分，除險(xiǎn)加固對現(xiàn)狀引水壓槽閘進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核其孔口尺寸、閘室及擋墻穩(wěn)定、閘室及涵洞配筋等是否滿足規(guī)范要求，本文主要對引水壓槽閘的孔口尺寸進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算其是否滿足引水壓槽要求， 以保證渡槽的抗浮穩(wěn)定。

1 引水壓槽工程現(xiàn)狀

引水壓槽工程1984年修建， 位于灘地明渠左埝上，總長度41m，由進(jìn)口段、閘室段和出口段3部分組成。 其中進(jìn)口段長8m，底板為鋼筋混凝土，兩側(cè)為圓弧擋墻；閘室段為單孔鋼筋混凝土涵閘，長16m，孔口尺寸3.5m×3.5m，頂板及邊墻厚0.5m，底板厚0.6m，腋角尺寸0.25m×0.25m；出口段長8m，底板為鋼筋混凝土，兩側(cè)為圓弧擋墻。

2 引水壓槽閘運(yùn)用原則

南運(yùn)河輸水時(shí)，引水壓槽閘閉門擋南運(yùn)河水；當(dāng)子牙新河宣泄一般洪水，未漫過平交埝，且遇南運(yùn)河枯干無水，或來水較少時(shí)，需由子牙新河引水壓槽，此時(shí)引水涵洞閘門全開，不予控制，使子牙新河的水隨著水位上漲自由引入南運(yùn)河， 同時(shí)關(guān)閉南運(yùn)河節(jié)制閘和上游26km外的北陳屯節(jié)制閘， 確保前期行洪時(shí)該閘引主槽洪水入南運(yùn)河， 利用水重增加子牙新河渡槽重量，維持槽身抗浮穩(wěn)定。

南運(yùn)河節(jié)制閘于北陳屯節(jié)制閘之間的渠道斷面底寬20m，渠道邊坡1∶3。

3 孔口復(fù)核洪水過程線選擇

南運(yùn)河通過引水壓槽閘引子牙新河水， 以減少平交埝內(nèi)外水位差，保證渡槽槽身抗浮穩(wěn)定。平交埝內(nèi)外水位差與子牙新河洪水過程有關(guān)。 當(dāng)子牙新河洪水過程較快時(shí)，閘孔內(nèi)外水位差大，有可能導(dǎo)致子牙新河渡槽抗浮系數(shù)不滿足規(guī)范要求； 當(dāng)洪水過程緩慢時(shí)，內(nèi)外水位差較小甚至內(nèi)外水位齊平，可滿足引水壓槽要求。

引水壓槽閘孔口尺寸復(fù)核參照子牙新河周官屯主槽站“96·8”水位過程線，計(jì)算此洪水過程下外水位對應(yīng)的渠道水位，同時(shí)結(jié)合渡槽的抗浮穩(wěn)定計(jì)算，判斷是否能夠滿足引水壓槽要求， 依次判定現(xiàn)狀閘孔尺寸是否滿足要求。 子牙新河“96·8”水位過程線如表1。

表1 子牙新河周官屯主槽站“96·8”水位過程線

考慮洪水過程的不確定性， 為偏于安全計(jì)，將“96·8”洪水過程歷時(shí)壓縮為原來的一半進(jìn)行復(fù)核。

4 引水壓槽閘過流能力計(jì)算

4.1 計(jì)算公式選取

引水壓槽閘結(jié)構(gòu)型式為涵閘， 涵閘總長16m，涵洞內(nèi)水流流態(tài)較復(fù)雜，子牙新河河道水位較低時(shí)，洞內(nèi)為無壓流， 隨著水位的升高， 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘雺毫α?、有壓流，涵洞過流計(jì)算［2］過程中首先進(jìn)行長短洞的判別，經(jīng)判別，為短洞。

（1）無壓涵洞的流量計(jì)算公式：

式中 m3為流量系數(shù)；h為出口水深；∑ξ為局部水頭損失系數(shù)得總和；i為洞底坡降。

4.2 過流能力計(jì)算過程

引水壓槽閘過流計(jì)算為一動(dòng)態(tài)過程， 具體計(jì)算步驟如下：

（1）將“96·8”洪水過程線壓縮，時(shí)間壓縮為原來的一半，后續(xù)計(jì)算均采用壓縮后的洪水過程線進(jìn)行計(jì)算。

（2）自1996年8月4日5.9時(shí)開始計(jì)算，此時(shí)子牙新河水位為2.55m，假定過閘水位差為0.1m，則閘后即南運(yùn)河水位為2.45m， 根據(jù)涵洞過流能力計(jì)算公式，算得涵洞的過流流量。

（3）對下一個(gè)時(shí)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，閘前水位為某時(shí)點(diǎn)對應(yīng)的子牙新河水位，閘后水位通過計(jì)算確定。

（4）閘后水位計(jì)算原則：閘后水位最高值為低于閘前水位0.1m， 同時(shí)根據(jù)某時(shí)點(diǎn)前進(jìn)入渠道的總水量攤鋪在26km的渠道內(nèi)。

（5）依次類推，計(jì)算出各時(shí)點(diǎn)引水壓槽閘的內(nèi)外水位差。

4.3 計(jì)算成果及探討

本文針對“96·8”觀測的每個(gè)時(shí)點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)計(jì)算了南運(yùn)河渠道內(nèi)的對應(yīng)水位， 其中閘前水位采用某時(shí)點(diǎn)的“96·8”洪水水位，閘后水位采用文獻(xiàn)［2］相關(guān)過流公式，同時(shí)考慮了關(guān)閘之后的渠道的調(diào)蓄作用。

根據(jù)子牙新河渡槽抗浮穩(wěn)定計(jì)算成果， 子牙新河河道水位5.1m時(shí)， 南運(yùn)河渠道最低水位需達(dá)到4.1m，根據(jù)上述過流能力計(jì)算成果，子牙新河河道水位5.1m時(shí)，渠道水位4.13m，滿足抗浮要求，即現(xiàn)狀引水壓槽閘的尺寸滿足要求。

采用壓縮時(shí)長后的“96·8”洪水過程線對引水壓槽閘進(jìn)行復(fù)核，洪水過程有一定的代表性，但如遇大暴雨特別是洪水歷時(shí)比“96·8”洪水更快時(shí)，因涵閘過流能力有限，子牙新河洪水無法及時(shí)進(jìn)入南運(yùn)河，造成南運(yùn)河渠道內(nèi)外水位差較大， 有可能造成渡槽抗浮不穩(wěn)定造成破壞，因此，在引水壓槽閘的過流復(fù)核中，還可進(jìn)一步搜集相關(guān)洪水資料，選取更早年份如1963年洪水或其他有代表性的洪水進(jìn)行復(fù)核，以保證渡槽的安全。

5 結(jié)語

引水壓槽閘過流能力選用壓縮時(shí)長后的“96·8”洪水過程線進(jìn)行復(fù)核， 根據(jù)復(fù)核結(jié)果， 孔口尺寸3.5m×3.5m滿足引水壓槽要求，對引水壓槽閘進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)，孔口尺寸可維持現(xiàn)狀，其余加固措施可結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算、閘室穩(wěn)定計(jì)算等結(jié)果確定，若各項(xiàng)復(fù)核結(jié)果均滿足要求，引水壓槽閘可維持現(xiàn)狀，若其余復(fù)核項(xiàng)目中有不滿足要求的部分， 可根據(jù)具體情況確定加固措施。