工程布置与建筑物设计

工程布置与建筑物设计

1 工程布置

环山分干渠取水口原在都江堰渠首六大干渠之一的外江水系中的沙沟河3+413处右岸引水，1994年修建岩堰电站时，利用环山渠首段780m的渠道作为电站引水渠，环山分干渠取水口改在岩堰电站前池小机组尾水处。渠道盘山而行进入青城山丘陵区，跨越公山山溪石孟江，再南沿青城簏经上元、青城山镇、青城镇（原太平场）、大观镇共17.19公里进入崇州市境，过街子镇转西，横跨西河支流味江河，再沿山簏至三郎镇横跨干五里河，转南到怀远镇共12公里，汇入西河上段文井江的西河堰，整个渠长29.19公里，修建于50-70年代，其中建筑物长701m，明渠长28489m。本次整治段长14.082m, 其中建筑物长1889.8m，明渠长12192.2m。

本次整治环山渠时，线路维持原线路不变，不作渠线调整。

环山分干渠现状为：渠首至石孟江（0+782—2+930）为深丘区，多属半挖半填渠段；石孟江至味江河（2+930—14+862）为浅丘区，渠道属于浅挖，局部为填方渠段。沿线出露地层自新到老为第四系全更新统河流冲洪积层Q4al+pl，上更新统河流冲洪积层Q3al+pl，中更新统冰水冲积层Q2fgl+al，基岩为侏罗系上统莲花口组J3L砂砾岩，渠道开始多数段边坡陡于0.1-0.3。整个建设时，受当时经济条件限制，除电站开发段外其余明渠未进行衬砌。运行五十年来，边坡跨塌、建

筑物老化、损坏严重，渠堤矮小，渠道达不到设计流量和排洪要求，不能满足灌区的需水要求。因此对环山渠进行整治、技术改造是非常必要的。

5.2 设计原则及标准

一、设计原则及标准：

环山分干渠控灌都江堰市的中兴、青城山镇、青城、大观、民兴、大乐和崇州市的街子、上元、怀远、元通、三郎9.7145万亩农田，其中都江堰市占54.5%，崇州市为45.5%，为灌区的城镇、农村提供人畜饮用水源，同时也是区间洪水排泄通道。原设计流量为14m3/s，根据灌区供需水量平衡重新核定，进口流量为12m3/s,就能满足要求。根据中华人民国《防洪标准》（GB50201-94）和中华人民国标准(GB50288-99)《灌溉与排水工程规》的规定，该灌溉渠道工程等级为4级，主要建筑物为4级次要建筑物为5级。

环山分干渠水工建筑物防洪标准表

表5—2-1

震地震动峰值加速度值0.20g，地震动反应普特征周期值0.35S,该工程区地震基本烈度为Ⅷ度。

二、分段流量的确定

环山分干渠的分段设计流量根据原修建时流量，并经灌面和综合用水重新校核确定，加大流量为设计流量的20%。环山分干渠除为灌溉渠道外，同时为区间洪水的排泄渠道，属灌排兼用的渠道，因此设计流量为灌溉所需的流量，校核流量取加大流量和区间组合洪水的最大值。渠道设计及校核流量如下表5－2-2。

环山渠分干渠分段流量表

表5－2-2

5.3 方案设计与比较

环山分干渠明渠断面尺寸上段基本满足设计要求。主要存在的问题是由于未衬砌，渗漏严重，甚至造成部分土渠输水时垮塌，使渠道淤积，过水断面不规则，时宽时笮，糙率大。石孟江倒虹管顶板打穿，引水时，水从倒虹管冒出，威胁着石孟江的安全，影响石孟江堤防洪安全，同时影响环山分干渠的正常输水。石孟江泄洪闸尺寸偏小很多，金属结构老化严重，不能满足泄洪要求，严重影响着环山渠的防洪安全。环山渠上建筑物多，渠道纵比降分布不合理，根据环山渠线路和

现状，做了多种方案，最后选择以下方案作为比较。

沿原渠线整治，以整治好的不动的渡槽、暗渠、公路桥、机耕桥、人行桥为控制，结合原渠道断面形式，调整明渠和建筑物的比降、底宽、糙率等参数。在水头分配上对建筑物如石孟江倒虹管、新修的暗渠多留水头，以减少建筑物的投资。对明渠采用较缓的比降，节约的水头用于建筑物。其结果明渠比降在该建筑物的上、下游比降为1/1500-1/3000，且在部分建筑物的上游产生雍水运行。其结果总水头68.62m，其中建筑物水损57.997m，建筑物中由于沿渠电站水损55.61m,倒虹管和暗渠水损为0.932m,公路桥、机耕桥水1.455m，弯损0.499m，明渠水头10.124m。

5.4 明渠纵断面设计

一、进出口水位的确定

环山分干渠在岩堰电站前池小电站尾水取水，因此进口设计水位根据原小电站设计尾水位确定为700.260m，出口水位即渠末水位为了不影响尾水灌区的引水，确定为现渠底高程加设计水深为631.74m。

二、水头损失计算：

1.明渠水头损失计算：

渠道按明渠均匀流公式计算各段的过水能力。其计算公式为Q=WC RJ;沿程水头损失为JL。

式中：W─过水断面；

C─谢才系数，C=1/n*R1/6

R─水力比降；

J─水面比降；

L─渠道长度。

2.暗渠

环山渠分干渠上的隧洞、暗渠满足无压流条件：（1）、当为短洞时，其过流能力为：

Q=mB g2H03/2

m=m0+(0.385-m0)2A h/(3Aj-A n)

H O=h1+αV12/2g

式中：Q─涵洞设计流量（m3/s）

m─无压流的流量系数；

B─矩形涵洞底宽（米），非矩形时B=Ak/h k

g─重力加速度（m/s2）；

H O─计及流速水头的涵洞进口水头（m）；

A h─相应于涵洞进口水深的过水断面面积；

Aj─进洞水流的过水断面面积（m2）；

h k—洞临界水深（m）；

α—流速进口水深（m）；

V1—涵洞进口断面平均流速。

②长洞时

Q=δn mB g2H03/2

δn= f(h c/H0)

式中： δn —淹没系数

h c —进口段收缩断面水深（m ），当洞身较长，且底坡0＜i ＜i k 时，

h c ≈H 0（正常水深）

满足压力流过水能力可按下列公式计算：

a 、非淹没流量： ∑ξ+（2gL/C2R ）

Q=m 2A )2-iL 2g(H 0D β+

m 2=1/∑+)/2(2R C gL ξ

式中： m 2—压力流时的流量系数；

i —洞底坡降；

L —涵洞长度（m ）；

β2—修正系数，可取0.85；

∑ξ—局部水头损失系数的总和；

C —谢才系数（m 1/2/S ）；

R —水力半径（m ）。

b 、淹没流量：

Q=m 2A )h -iL 2g(H 20+

式中： h 2—涵洞出口水深（m ）；

4.小型灌排建筑物

由于渠道小，山洪渡、人行桥和跨度较大的完好的机耕桥不留水

损。新建和改建的山洪渡、人行桥和机耕桥及改建的公路桥采用单孔或单跨。

5.弯道水头损失