水位设计论文：闸底板工程设计特点透析范文

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作者：刘筠王昊张峰单位：河南黄河河务局工程建设

小浪底水库运用后冲淤变化特点

小浪底水库运用后，进入下游的水沙条件进一步发生变化，黄河下游河道出现明显冲刷下切。从图1可以看出，花园口断面河床平均高程较小浪底水库运用前下降1．07m。上述比较是对花园口全断面进行的平均河床高程的比较，如单从主河槽来看，下切更为明显。同时，从图1也可以看出，小浪底水库运用至2007年，河床一直呈持续下切趋势，2007年以后，河床冲刷下切减缓，个别年份还略有淤积。对比小浪底水库运用与三门峡水库运用初期下游河床平均高程，可以看出，目前小浪底水库运用后河床平均高程已经接近三门峡水库运用初期河床冲刷下切后的平均高程。

引黄涵闸设计引水位确定分析

1设计引水位确定需要考虑的因素

引黄涵闸设计中，设计水位需要考虑两方面的影响因素。一是用水对象的要求。引黄涵闸主要供水对象为工业、城市生活用水和农业用水等。工业、城市生活用水均需要进入沉沙池，然后经处理后送给供水对象。农业用水一般考虑灌区自流灌溉需要。上述两种用水水位确定时均应根据需水对象要求水位按水面线推至引黄涵闸下游，然后根据涵闸过流能力确定对应引黄涵闸的上游最低水位。二是按用水保证率分析相应水位。根据用水对象要求，确定用水对象保证率，通过直接分析对应保证率的大河流量，按水位流量关系确定对应设计水位。根据设计水位，计算下游水位，以此推算下游渠道或供水对象能够得到的水头。

2对应河段大河流量的确定

黄河下游特殊的来水来沙条件，造成河道断面冲淤变化较大。不同年份，甚至同一年内，同流量对应水位受河道断面冲淤影响也会有较大变化。因此，根据用水对象保证率确定设计引水位时，首先按保证率分析大河对应的流量，根据大河流量按断面水位流量关系来确定相应水位，然后在此基础上考虑在整个工程使用期内的大河冲淤对此产生的影响。设计流量分析中，应分析取水对象需求［1］。以农业需水为例，一般取作物灌溉期对应的大河平均流量。另一方面，也需要考虑黄河水量调度的需求。以花园口所处河段为例，当花园口断面流量小于预警流量150m3／s时［2］，其上游河段将禁止取水。这意味着即使是工业取水，其用水保证率要求较高，也只能通过蓄水设施在大流量期间多取水作为备用水源，而不能简单根据用水对象的保证率，确定在大河很小流量下取水来获取自己的用水保证。因此，在按保证率确定对应大河流量时还需要考虑水量调度等相关规定的影响。

3设计引水位确定综合分析

受黄河下游河道长期淤积的影响，同流量水位变化很大，且与河道冲淤情况直接相关。为规范设计洪水位以及设计引水位的确定，在保证防洪安全、引水安全的情况下兼顾经济合理，一般黄河下游引黄涵闸设计水平年，以工程建成后30a为设计水平年［3］。对于设计引水位，意味着应该保证至少在30a内，设计引水应该能满足取水保证率的要求。

目前，黄河下游河道冲淤预测，采用《黄河古贤水利枢纽项目建议书》成果，即小浪底水库运用后下游河道2020年左右冲刷达到最大。图2为花园口2001—2010年汛后水位流量关系图。从图2可以看出，小浪底水库运用后，以2010年与2001年800m3／s对应水位相比，其同流量水位下降1．7m，年平均下降0．17m。而比较2007年与2001年该流量水位，期间共下降1．3m，年均下降0．22m。由此可以看出，小浪底水库运用后，黄河下游河道冲刷明显，冲刷下切速率比预计值要大。但随着河床冲刷，冲刷速率也出现减缓趋势。根据《黄河古贤水利枢纽项目建议书》预测，2020年冲刷将达到最大值，因此在设计引水位确定时，需要考虑整个使用期内河段冲刷的影响，或者说，在确定闸底板高程时，必须考虑到河床冲刷下切后的实际过流能力，避免设计引水位取值过高，致使在河槽冲刷深度较大时水闸引水不足甚至无法引水。

4除险加固设计中应注意的问题

一般已建水闸的除险加固工程，闸底板高程已经确定，因此，在大河水位一定的情况下，水闸的过流能力也基本确定。然而，设计流量对应水位会随河床冲淤变化而变化，因此在除险加固设计时，对引黄涵闸在运用期内供水能力的合理预测，对水闸日后的管理十分重要。目前，在对引黄涵闸进行除险加固设计时，根据水闸运行期，预测河床冲淤变化，一般可考虑2020年河床冲刷下切达到最大值时，在设计流量下对应的水位，以此复核水闸的过流能力。根据预测水闸的过流能力，对比实际引水需要，提出合理的应对措施。

引黄涵闸设计防洪水位确定分析

引黄涵闸是永久性的混凝土建筑物，建成后很难对其结构直接进行加高和扩展。水闸设计防洪水位直接关系到水闸的布置、闸室稳定以及渗流稳定，加之引黄涵闸挡水主要靠堤防，其相应堤防的高度也与此防洪水位直接相关。考虑水闸使用年限较长，且其加固相对较难，因此在确定引黄涵闸设计防洪水位时，应充分考虑涵闸整个使用期防洪安全要求，为水闸的防渗设计和稳定计算提供合理的取值。受黄河下游河道长期淤积的影响，同一断面处同流量水位变化很大，且与河道冲淤情况直接相关。设计洪水位确定时，需要在保证防洪安全、引水安全的情况下同时兼顾经济合理。

根据《黄河古贤水利枢纽项目建议书》的相关内容，小浪底水库运用后下游河道2020年左右冲刷达到最大，2028年左右淤积恢复到2000年状态。此后，黄河下游年均淤积量为3．45亿t，花园口—高村河段的年平均淤积抬升速率为0．062m／a。因此，在目前情况下，在新建引黄涵闸或涵闸除险加固设计时，应对防洪水位进行合理分析。通常，按水闸建成后30a作为水平年，即考虑2028年河道恢复到2000年，然后采用2000年河道防洪水位加上2028年至设计水平年间的河床淤积作为设计防洪水位。

结语

引黄涵闸的设计引水位以及设计防洪水位直接关系到水闸功能的实现和防洪安全。受黄河特殊的来水来沙条件影响，在今后一段时间内，下游河道将会随小浪底水库的不同运用期而呈现出冲刷下切然后逐步回淤的过程。因此，引黄涵闸作为永久性水工建筑物，在其设计中，应充分考虑下游河道这种特殊变化趋势带来的影响，即设计引水位的确定应考虑整个使用期内可能发生的冲刷影响，而设计防洪水位则应考虑其使用期内淤积带来的影响。同时，对于除险加固的引黄涵闸，在不进行拆除重建的情况下，其闸底板高程已经确定，因此合理预测涵闸除险加固后使用期内设计流量下水位的变化，对今后的管理也有着重要的意义。