第一章基本资料第一节工程概况该取水枢纽位于清河东明市附近河段,以清河明山水库为水源,除工业、城市及电站用水外,由该库及明山至东明市区间水量供给灌溉用水7.07 亿立方米。
渠首工程的主要任务是保证大明、东光两灌区全部净灌溉88.3 万亩。
其中大明灌区为48.8 万亩。
东光灌区为39.5 万亩。
第二节地形资料清河及东陵以上为山谷河道,距离主要灌区大明、东光较远。
西苏堡以下因河道弯曲、水位较低、控制面积过小,故灌区的渠须在东陵和西苏堡之选择。
该河道长约39.0公里,河道纵坡1/4000〜1/2100之间,东陵至浑河堡为1/1400, 浑河堡至永清公路桥为1/2000,公路桥至西苏堡为1/2100 0东陵以上河槽宽浅、河道紊乱,且多河叉。
东陵以下至曹仲屯,河道逐渐规整,一般主河槽宽400 米。
曹促屯至西苏堡段河宽250〜300米,沿河两岸有广阔滩地,宽约1〜2公里,除局部地区有沙滩外, 多为耕地0清河自东陵至永清公路河段右岸为东明市防洪大堤,全长27.7 公里,左岸仅有曹仲屯至前漠家堡段有堤防2.9 公里0以下重点给出李官堡及漠家堡附近河道的情况0李官堡附近河道情况:河道顺直段长1.5 公里,因有东清铁路控制,河道比较稳定,河槽宽400〜420米,河底高程34.20 米,深槽靠近左岸,右岸为河漫滩,两岸滩地高程38.0〜38.5 米,右岸距堤防160米,左岸无堤,河床比降1/2000, 洪水比降1/25000漠家堡附近河道情况:此段河道规整,顺直段长2.5 公里,河槽宽270〜300 米,深槽靠近右岸,河底高程最深处31.3 米,一般为32.0 米河岸较陡,高约4.0 米, 两岸滩地高程35.0〜36.0 米,多为耕地,左岸距堤防300米,堤高2.0 米,堤顶宽2.0 米,内外边坡1:1.5, 较为薄弱0右岸堤防距河槽1200米,堤高2.5 为,堤顶宽4.5 米,迎水坡1:2.5,背水坡1:3.0,右岸滩地有隐约低洼沟一条,蜿蜒下伸达后漠家堡村北,长约3 公里,河道自1991 年以来尚无变动,自修永清公路路基之后情况更为稳定0 按防洪总体规划要求,闸址右岸大堤顶高程为百年一遇洪水位(见表1-1 )加超高2米即39.74 米0左岸堤顶高程为百年一遇洪水加超高1.5 米即39.24 米0为便于堤防维护,保证在100年一遇〜1000年一遇洪水威胁下,东明市区的安全,希望两岸堤高不高于4米。
第三节工程地质及水文地质在推荐渠首处,河道顺直,河床宽270米左右,河床部分均为砾质粗砂,右30 米内,由上到下可分为:砾砂含卵石,厚4.7〜11.9米;砾质粗砂含砾石及土,厚6〜18米;以下为粗砂含土。
河床两岸滩地表层为松散粉砂及中砂覆盖,厚 2.4〜4.5米,其下仍为砾质粗砂。
地下水埋深分布随地形变化,一般在2.5米左右,风积沙丘附近较深,大于3.5米;洼地较浅,约1.5米,因土透水性较强,地下水位变化受河道水位影响,丰水期河水补给地下水,水位较高,枯水期地下水补给河水,水位较低。
第四节水文资料一、道处河道水位一一流量关系,见表1-1。
二、泥沙资料:根据现有泥沙资料估算,灌溉保证率7 5 %勺推移质(d cp=1.0mn)来量为16.735万立方米/年,洪水期推移质(d cp=5.0mm d ma=6〜10mr)i来量:W0%=85800m,W2%=1727000 ml。
设计中必须考虑冲砂问题。
(表1-1 )、气象资料:推荐渠首距东明气象站较近,该站观测项目较完整。
降雨、风速、地温、气温等均可采用其资料。
1、降雨:年平均降雨量729mm大部分集中在7、8月份,占全年降雨量的48.8%。
水稻生长期5〜9月上旬,降雨量552.5mm占全年降雨量的75.5%。
平均月雨量最大者为7、8两个月,均为160mn以上,最小者为12、1、2月,不足10mm。
2、风速:年平均风速4.1m/s ,各月平均风速以3〜5月为大,极端最大风速发生于1954年4月22日,达29.7m/s,汛期最大风速21.0m/s,多年平均最大风速8.4m/s。
3、气温:根据1905〜1955 年资料统计,年平均气温7.5°C,7 月份最高, 月平均气温24.8 ° C,1月份气温最低,月平均气温-12.8 ° C,月平均最高气温为7 月,达30.2 ° C,月平均最低气温为1月份,达-18.6 ° C。
4、冻层深度:1.5m。
四、补充资料:1、进水闸后引水干渠底部高程33.1m,边坡1: 1.75,干渠底宽26.0m, 纵坡1:3500;2、最大引水流量78nVs,闸下相应水位35.8m。
两岸引水量相同,引水条件相似;3、拦河闸上交通桥按二级公路桥设计,桥面宽按双车道考虑(净宽7.0m, 总宽9.0m);4、本枢纽为二等工程,枢纽中主要建筑物为2级建筑物,次要建筑物为3 级,临时建筑物为4 级;设计洪水标准为100 年一遇,校核洪水标准为1000 年一遇;5、拦河闸闸址下游河道流量——水位关系,见附图:漠家堡处河道Q——H 关系图。
第二章枢纽位置选定与总体布置第一节枢纽位置的选定一、主要考虑的问题:⑴从两岸引水的角度看:本枢纽的作用是给两个灌区供水(东明、东光灌区),灌溉面积接近,引水流量相等,均为78m3/s ,为满足两灌区的用水要求,需两岸引水。
⑵从防洪的角度看:枢纽位于东明市附近,为市区安全,枢纽建成后壅水不能过高,否则会影响市区防洪安全或加强防洪负担。
⑶从经济性角度看:永清公路在枢纽附近,跨过清河,为了节省造价,把桥建在闸上。
二、枢纽位置选定的基本原则:根据河流的河势情况,最大限度满足上面所述的基本要求,综合考虑二者。
㈠从两岸引水角度来看,枢纽应选择在以下地方:1、河流顺直、稳定;2、主河槽较窄、两岸陡;3、水流在两岸靠岸。
㈡从河道地形上看:把东陵以上、西苏堡垒以下排除,从李官堡与漠家堡之间来考虑,现分析如下:1、东陵以上属山谷河道,枢纽布置不便,而且距灌区较远,因此引渠较长,所以排除在此修建枢纽。
2、西苏堡以上河道弯曲,不便于两岸引水且河流水位低,可控制的灌溉的面积小,做有坝建筑物或拦河建筑物工程量大,所以排除在此处建枢纽。
据以上分析,枢纽的位置应选在东陵与西苏堡之间的河道上。
在东陵与西苏堡之间有以下三处可选:1、浑家堡段属弯道段,也不适宜建两岸取水枢纽,所以排除在此建枢纽。
2、枢纽的位置应在李官堡与漠家堡之间选择,因素比较如下:1)李官堡:a顺直段长1.5km,河道稳定;b、河宽400〜420mc、河底高程34.2m。
(2)漠家堡:a河道顺直段长2.5km,河道稳定,且从1911年至今尚无变化;b、主河槽宽270〜300mc、河底高程32.0m。
比较上述因素:从两岸引水而言,顺直段越长,越有利,主河槽宽度越小,水流两侧靠岸的程度较好;从河底高程角度而言,河底高程越低,在河流同样来水的情况下,对上游的水位壅高越小,对市区的防洪越有利。
综合上述因素,选择漠家堡处河段作为枢纽位置。
拦河闸的轴线见地形图。
第二节枢纽的型式选定一、从运用的要求考虑:本枢纽为东明、东光两灌区供水,每侧引水流量均为78m3/s ,引水保证率P=75%。
根据灌区的水利计算,要求进水闸出水口处水位为35.8m。
二、从河道来水情况考虑:对应于P=75%勺情况来看,河流来水量Q=400ms ,大于78 X 2=156ri T/s。
因此,流量上满足要求。
三、从河流勺水位上看:对应于p=75%勺情况来看:河道水位33.9m小于引水水位,不能满足自流引水勺要求,需建立拦河建筑物壅高水位。
综上所述,本枢纽应采用有坝引水枢纽。
第三节拦河建筑物勺型式对于有坝取水枢纽,拦河建筑物有两种型式:(1)壅水坝(2)拦河坝下面对这两种型式作技术与经济比较而定。
一、壅水坝:(一)从技术上来看:坝位于河中央,两端须设冲沙闸,冲沙闸勺作用是为进水闸定期冲沙。
壅水坝易引起以下几方面不利因素:1、坝前淤沙往往严重,而不易冲走,甚至会淤平坝顶,容易引起河流上游主流摆动,使一侧取水口被堵,不能够正常引水。
2、洪水期不能够通过闸门来调节上游的壅水水位,因此对市区防洪不利。
3、要下泄同样的洪水流量,由于堰顶高于河床,所以泄水时比设泄洪闸需要的过水宽度大,坝长大,工程量大,相应的防渗措施、防冲消能措施也会增加。
(二)从经济(施工)上来看:坝的施工比闸的施工简单些,但工程量可能会大些,但不需要年运行费用。
二、拦河闸:(一)从技术性上看:1、枯水期可以观察闸前壅水及调节水位,满足引水要求。
2、洪水期,可以开闸泄洪,且通过泄洪来冲刷闸前淤沙,也可稳定主河槽。
3、由于闸底板高程低于壅水坝坝顶高程,所以泄洪的单宽流量大,过水宽度可以小些,闸长可以小于坝长。
(二)从经济性上看:1、过水宽度小,可能会省一些工程量,但建筑物的高度会大一些;2、对于泄水闸会增加每年的运行管理费用。
综合上述因素,从保证引水、防洪、冲沙、泄洪等方面考虑,拦河建筑物选用拦河闸。
第四节枢纽防沙措施一、来沙情况:根据资料,引水时,即P=75%时,河流推移质(d cp=1.0mn)来沙量为16.735 万m年,洪水期推移质(d cp=5.0mm d ma>=6〜10mm来沙量分别是W0%=85.8万m, w%=i72.7万m,所以枢纽需要设防沙措施。
二、防沙设施型式:根据工程经验,枢纽内防沙设施有两种形式:①沉沙槽②冲沙廊道下面对以上两种情况分析如下:1 、对于沉沙槽,它属于定期冲沙,运用于山区及平原河道,应用较广。
2、对于冲沙廊道,它属于连续冲沙,冲沙时用水量大,适用于冲积形河道,不适宜于推移质较多的山谷河道。
由于东陵以前属山谷河道,推移质多,且冲沙廊道结构复杂,所以采用沉沙槽式的防沙设施。
第五节枢纽建筑物组成及基本设计参数与设计条件一、枢纽建筑物的组成:综合前面数节内容,主枢纽包含建筑物有:拦河闸、进水闸(两个)、沉沙槽(两个)、冲沙槽(两个)。
二、建筑工的基本设计参数和设计条件:1、进水闸①、引水率:u=Q i/Q s2|p=75%=78X 2/400=39%②、引水角:即进水口的水流方向与河道主流的夹角 a ,一般a =30°〜60,a合适,可以减免入口处水流产生的横向环流。
本枢纽的 a =30°。
根据印度的经验,引水口边缘与拦河闸夹角 B =105°〜110°时,防沙入渠效果最好。
本枢纽取B =103°。
③、进水闸上、下游水位有以下四种情况:a、正常引水时,▽下35.8m,引取Q=78r3/s,闸上、下游水位差△ H=0.2m 所以上游水位▽上=36.0m。
b、c、当遭遇设计设计洪水和校核洪水时,进水闸关闭不引水,拦河闸开启泄洪,特征水位如下:i设计洪水^上=37.74m, ▽下=▽渠底=33.1m(见下面)ii校核洪水^上=38.35m, ▽下=33.1m④、对于进水闸消能防冲设计不利情况的水位:考虑到水闸可能在来水量较大的丰水年引水,来水的频率1%< PV 75%但为不常遇到情况,对灌区引水。