D O I ： 10. 3969/j . issn . 1672-2469. 2019. 02. 040滇中引水工程水力特性分析—楚雄段事故退水王超，杨小龙，朱国金，司建强(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)摘要：滇中引水工程主干渠在正常运行过程存在建筑物损坏、控制设施紧急关闭等非常情况，需要考虑事故退水 工况。
文章以主干渠楚雄段为例，对事故工况进行拟定划分，进而用数值方法模拟各类事故退水工况，分析退水 过程对主干渠建筑物的影响以及验证退水控制运行方式的可行性。
关键词：滇中引水工程；楚雄段；事故退水；工况拟定；计算分析中图分类号：TV 135文献标识码！ B文章编号：1672-2469(2019)02-0145-04滇中引水工程输水总干渠楚雄段是滇中引水工 程的重要组成部分[1]，起点为万家隧洞进口，终点 为罗茨，线路全长约为142.816km 。
楚雄段共包括18座建筑物，其中隧洞9条， 总长129.915km ，占全长90.97%;倒虹吸4座， 总长12.088km ，占全长8.46%;渡槽3座，总长 0.627km ，占全长0.44%;暗涵2条，总长 0. 187k m ，占全长 0. 13%。
总干渠楚雄段布置有7座分水闸、6座节制 闸、6座退水闸、5座工作闸、4座事故闸及2座 检修闸如图1所示。
由于分水口门众多，分配水量 大，各类控制建筑物众多，复杂输水系统中不同控 制建筑物在调控时特别是多个控制系统联合调度时 水力条件十分复杂，加之本工程引水距离长，水力 响应必然存在滞后问题[2-]。
本文以滇中引水工程楚雄段为对象，考虑工程 运行过程中可能存在的事故工况，在对事故工况进 行类型划分的基础上，采用数值模型模拟事故退水 过程，分析退水操作的合理性，以及退水过程中各 个节点水位变化极值和对建筑物的影响。
1事故工况分析的基本工况滇中引水工程为典型的长距离输水工程，总干渠沿线应设置专用的退水通道，以满足工程正常运 行情况下的全线或局部线路段的维护检修要求，同 时需兼顾工程事故退水的需要[5]。
楚雄段总干渠上共设置有三类、30个控制设■事故闸▲检修闸▼节制闸〇工作闸 +退水口 +分水口图例：•建筑物连接节点联合退水单元独立退水单元万家隧洞万家暗涵柳家村隧洞柳家村渡槽风屯隧洞凤屯渡槽伍庄村隧洞伍庄村暗涵龙川江 凤凰山 九道河大转弯隧洞倒虹吸凤凰山隧洞倒虹吸九道河隧洞倒虹吸鲁支河隧洞鲁支河渡槽图i滇中引水工程楚雄段控制设施布置示意图施：分水控制设施一7个分水闸及6个节制闸； 事故控制设施—4个事故闸、6个退水闸及5个工作闸；检修控制设施——2个检修闸。
从上述三类控制设施工作特性看，分水闸及节制闸在运行中 调度频次较高，节制闸可配套控制上游的1个或多 个分水闸，节制闸及分水闸上游一般设有1个或多 个退水闸。
事故闸、退水闸一般仅在事故情况下操 作。
检修闸一般在有检修需求情况下操作，后两类 闸的操作可控制度较高。
楚雄地区境内河流稀少，特别缺乏大型河流， 因此为确保总干渠退水条件，拟将总干渠线路上具 备退水条件的河流均作为退水通道考虑。
楚雄段输 水总干渠线路上有六条河流通过，基本具备作为退收稿日期！ 2018-09-10作者筒介：王超（1988年一），男，工程师。
• 145•水通道的条件，拟在总干渠相应位置上布置专用退水通道，设置退水闸和事故闸，以满足总干渠最基本的退水要求。
从楚雄段工程布置及调度要求情况看，总干渠可能出现的事故分为两类：控制设施误操作事故(运行事故）以及突发自然灾害事故（工程事故％。
控制设施误操作事故，即总干渠上的分水闸及节制闸在运行中调度频次较高，可能出现误操作情况，导致总干渠断面阻水、水位上升。
突发自然灾害事故，即楚雄段总干渠明建筑物均布置于沟谷（河流％处，存在遇特大山洪等自然灾害时影响其正常运行的安全隐患；楚雄段总干渠凤凰山隧洞后段穿越元谋一绿汁江晚更新活动断裂带；观音山倒虹吸后段跨越罗茨一易门晚更新活动断裂带；活动断裂带本身稳定性以及其蠕滑、突发地震时的变形特性对建筑物结构存在安全隐患[6-7]。
综上，考虑总干渠退水通道条件的有限、控制设施调度运行要求以及工程特殊地质条件可能引发的安全隐患等情况，有必要对总干渠可能的各种事故工况（调度运行事故及工程事故等）进行水力分析，关注可能事故工况下特殊的水力现象，分析对工程安全的影响及对运行调度的要求，研究提出拟采取的必要的结构或调度控制措施，确保工程运行以及社会环境的安全。
2典型退水工况的拟定2.1节制闸误操作工况楚雄段共布置6座节制闸，分别布置在万家隧洞出口（控制万家分水口 ％，凤屯隧洞出口（柳家村分水口、凤屯分水口，上游有双甸河退水闸、紫殿河退水闸％、伍庄村暗涵出口（控制伍庄村分水口，上游有双甸河退水闸、紫殿河退水闸％、龙川江倒虹吸出口（控制龙川江分水口，上游有龙川江退水闸％、鲁支河渡槽出口（控制鲁支河分水口，上游有西河退水闸、鲁支河退水闸）及观音山倒虹吸出口（控制观音山分水口，上游有东河退水闸％。
节制闸用于控制总干渠流量小于75%设计流量时的分水口水位、以满足分水要求。
楚雄地区农业供水约占388、具有季节性及不均匀性的调度要求，分水口及节制闸调度的频次要求较高，故极可能出现误操作的概率。
节制闸误操作工况的输水建筑物流量按758设计流量考虑。
一般节制闸可配套控制1个或多•146 •个分水闸；节制闸上游均有1个或多个退水闸；当靠近节制闸上游的退水闸可满足该段总干渠流量的退水条件时，称为独立退水单元；当不满足、需要上游多个退水闸联合退水时，称为联合退水单元。
图2所示为楚雄段观音山倒虹吸节制闸误操作退水示意图。
观音山倒虹吸节制闸布置于观音山倒虹吸出口，用于控制观音山分水口。
观音山倒虹吸进口布置有退水闸，退水闸后布置有工作闸，退水河道东河具备接纳输水主干渠设计流量100m3/S的能力，具有独立退水能力。
当倒虹吸出口节制闸出现误操作全部阻断水流时，可立即开启进口退水闸，同时关闭进口工作闸，向东河退水。
该段还可同步开启柳家村渡槽进口、凤屯渡槽进口、龙川江进口、九道河倒虹吸进口、鲁支河渡槽进口的退水闸、向双甸河、紫殿河、龙川江、西河及鲁支河退水（不关闭该处的事故闸％，运用联合退水单元模式，以加快退水，并尽可能减轻总干渠建筑物的事故风险以及退水河道的行洪风险。
!图例：■事故间▲检修间▼节制闸〇工作闸+退水口+分水口!_•建筑物连接节点联合退水单元独立退水单元图2奋古:HT,目士观音山倒虹吸鲁支河退水 东河退水观音山倒虹吸节制闸误操作退水示意图2.2分水闸误操作工况楚雄段共布置了7座分水闸，分别为万家分水闸、柳家村分水闸、凤屯分水闸、伍庄村分水闸、龙川江分水闸、鲁支河分水闸和观音山分水闸。
楚雄地区农业供水约占388、具有季节性及不均匀性的调度要求，分水口及节制闸调度的频次要求较高，故极可能出现误操作的概率。
分水闸在分水的过程中存在误操作或者紧急关闭的可能，正常运行着的分水闸关闭将使分水闸下游主干渠的流量增加，水位升高，使主干渠水位升高。
因此，在分水闸因误操作或者紧急事故关闭后，应及时开启分水闸上游总干渠的退水闸退水，控制下游总干渠流量不超过设计流量，避免总干渠水位升高[8.]。
图3所示为凤屯分水闸误操作退水示意图，当凤屯分水闸误操作关闭后，开启凤屯渡槽进口的退水闸退水。
|图例：■事故闸检修闹▼节制阐〇工作闸退水口+分水口 i | •建筑物连接节点联合退水单元独立退水单元j 柳家村隧洞柳家村渡槽风屯隧洞凤屯渡槽伍庄村隧洞6〇||如 15+f双甸河退水闸凤屯分水口 紫甸河退水闸图3凤屯分水闸误操作退水示意图2.3明建筑超标地震损坏工况楚雄段沿线布置6座地面连接建筑物，分别为柳家村渡槽、凤屯渡槽、龙川江倒虹吸、九道河倒虹吸、鲁支河渡槽、观音山倒虹吸，这6座地面连接建筑物均在其进口布置有退水闸和事故闸，在发生特大山洪或超标地震等自然灾害、造成该部位建筑物损坏时，可向进口处退水闸所在河道及时退水。
其中凤屯渡槽所在的双甸河、龙川江倒虹吸所在的龙川江、九道河倒虹吸所在的西河、观音山倒虹吸所在的东河具备退总干渠设计流量的能力，具备独立退水条件。
而柳家村渡槽所在的双甸河、鲁支河渡槽所在的鲁支河受河道沿岸村庄房屋分布高程限制，接纳退水流量能力有限，退水能力小于总干渠设计流量，不具备独立退水条件，必须与上游退水通道组成联合退水单元。
本类事故的退水条件以总干渠设计流量作为衡量标准，因楚雄段5座事故闸其中六座布置于前述六座明建筑物进口部位，图4所示为鲁支河渡槽损坏退水示意图。
鲁长流渡槽进口布置有退水闸，退水闸后布置有事故闸，由于鲁支河接纳能力有限，仅有39m3/s，小于主干渠的设计流量100 m3/+因此必须与前一个退水闸，即九道河退水闸联合退水。
单元内主要输水建筑物有龙川江倒虹吸、凤凰山隧洞、凤凰山倒虹吸、九道河隧洞、九道河倒虹吸、鲁支河隧洞。
本单元内主干渠设计流量100m3/s，向西河和鲁支洞联合退水，向西河退水100m3/+向鲁支洞退水39m&/s。
当鲁支河渡槽出现事故时，立即开启鲁支河渡槽和九道河倒虹吸进口退水闸，同时关闭鲁支河渡槽进口事故闸和九道河倒虹吸进口工作闸，同时向鲁支河和西河退水。
2.4隧洞超标地震堵洞工况楚雄段输水建筑物在凤凰山隧洞后部两次穿越元谋一绿汁江活性断层，由于两次穿越相距不远，j图例：■事故间▲检修闸▼节制间〇工作闸+退水口+分水口 i | •建筑物连接节点联合退水单元独立退水单元i九道河九道河隧洞倒虹吸鲁支河隧洞鲁支河渡槽_ 9.6km/100,0^m/!_4.8km/100_ 0.2km/100_10〇|〇391|九道河退水 鲁支河退水图4鲁支河渡槽损坏退水示意图为安全计，仅考虑前部穿越活性断层处堵洞情况。
图5所示为凤凰山隧洞活断层堵洞事故退水示意图。
凤凰山隧洞之前为龙川江倒虹吸，龙川江倒虹吸在进口布置有退水闸，退水闸后布置有事故闸，退水河道龙川江具备接纳输水主干渠设计流量100m3/s的能力，具备独立退水能力。
当凤凰山隧洞在元谋一绿汁江活性断层处发生堵洞事故时，龙川江倒虹吸处立即开启进口退水闸，同时关闭进口工作闸，向龙川江退水，独立退水单元内的主要建筑物有龙川江倒虹吸、凤凰山隧洞。
图例事故闸▲检修闸▼节制闸〇工作闸I退水口+分水口 •建筑物连接节点联合退水单;I独立退水单元I断层龙川江 凤凰山 九道河大转弯隧洞 倒虹吸凤凰山隧洞倒虹吸九道河隧洞倒虹吸龙川江退水 元谋汁江断层图5凤凰山隧洞活断层堵洞事故退水示意图3计算分析结果采用开源软件SWMM[10]模拟以上四类主干渠事故工况，每个计算工况的模拟范围均包含楚雄段和昆明段的所有建筑物，即从楚雄段万家隧洞进口到昆明段牧羊村倒虹吸出口。