摘要：通过南水北调工程中线的渠道倒虹吸工程作为范例，分析过流能力与管道淤积程度的关系。本文首先将简述范例工程的概况，分析和计算渠道倒虹吸工程的过流能力，详细阐述具体的结果，希望可以为相关单位和个人提供有用的参考。
关键词：淤积状态；倒虹吸；渠道；过流能力；结果分析
本文的范例工程属于全线自流供水，施工除天津干线以及北京段以外，属于开敞式明渠，对渠道的过水断面的施工使用的是混凝土衬砌，渠道的二级边坡通常使用框格植草护坡。因为在施工的过程中，由于天气的原因导致沿线渠道边坡汇入了大量的风沙与雨水，导致泥沙大量进入渠道，导致渠道内水的泥沙量大幅提升，从而很容易会造成渠道淤积问题。并且，渠道倒虹吸属于比较低的区段，更加容易出现淤积的问题。而且，在倒虹吸淤积后，必然会导致管道的过流能力降低，从而极大的影响全部渠道的正常运行。
一、范例工程概况简述
本文选取的是我国南水北调中线工程中的一段渠道倒虹吸工程作为范例，该工程位于河北省某市某县西南11.4公里处，西北方向距离临市有24.5公里，东方距离京广铁路有5.4公里，是一座大型河渠交叉建筑物。这座建筑共有五个部分组成，全长有579米。管身段长度为438米，进口检修闸长度为11米，出口渐变段长长度为58米，进口渐变段长度为52米，出口节制闸长度为20米。该建筑的管身结构为三孔一联的钢筋混凝土箱形结构，其单孔过水断面尺寸为宽6米，高6.1米。倒虹吸的设计流量为每秒165立方米，加大流量为每秒190立方米。其设计水头为0.25米，进口设计水位高度是74.13米，出口设计水位高度是73.88米，进口加大水位高度是74.54，出口加大水位米高度是74.29米[1]。
倒虹吸进口闸前水位没有实测数据，而通过对其进行实践检测后我们发现，闸门处于半开启状态，该建筑的倒虹吸实际流量为每秒85.56立方米，倒虹吸出口节制闸的闸后水位高度是73米左右，而闸前水位高度是74米左右[2]。
二、分析和计算渠道倒虹吸工程的过流能力
采用《南水北调技术规定》（试行）中的相关公式对处于淤积状态的下渠道的虹吸过流能力进行计算。渠道倒虹吸工程的设计流量与加大流量状态下其水头都是0.25米，然而因为倒虹吸管身的断面是根据加大流量所确定的，那么一旦管身超过了设计流量时，就必然会出现水头富余的情况。因此，就需要及时的调节出口工作闸，从而使其上游的水位能够抬高，使进口的淹没度得到保证[3]。
（一）现状流量
由前文我们可以得知渠道倒虹吸工程现状流量为每秒85.56立方米，通过对出口闸前水位进行实地测量的结果为73.72米。在保证出口闸前水位以及流量都不变的情况下，如果淤积程度不同的情况下，推导上游水位，就能够有效的计算出淤积程度与上游水位之间的关系。计算结果如下：
淤积程度为0.00米时，上游水位约为73.76米；淤积程度为0.30米时，上游水位约为73.77米；淤积程度为0.50米时，上游水位约为73.78米；淤积程度为0.90米时，上游水位约为73.79米；淤积程度为1.3米时，上游水位约为73.81米；淤积程度为1.7米时，上游水位约为73.83米；淤积程度为2.1米时，上游水位约为73.84米；淤积程度为2.5米时，上游水位约为73.91米；淤积程度为2.9米时，上游水位约为73.99米；淤积程度为3.34米时，上游水位约为74.13米。
根据计算的结果我们可以得出这样的结论：
第一，一旦管道内的淤积程度处于3.34米时，上游水位相比没有淤积前壅高 0.365m，会处于设计水位74.13米。而淤积进一步加深，那么上游水位就必然会超过设计水位，就会极大的影响总干渠的运行。
第二，随着倒虹吸管内淤积程度的不断提升，倒虹吸管的有效过水断面就会随之不断下降，就会导致上游水位逐步壅高。
（二）原设计条件
2.2.1淤积程度与过流量关系
渠道倒虹吸工程的设计水位高度为74.129米，其出口的设计水位高度为73.88米，水头损失为0.25米。在上下游水位保证不变的情况，对水力进行计算，可以得出过流量与管道淤积程度之间的关系[4]。
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淤积程度为0.00米时，过流量为每秒197.83立方米；淤积程度为0.10米时，过流量为每秒195.71立方米；淤积程度为0.30米时，过流量为每秒185.32立方米；淤积程度为0.50米时，过流量为每秒177.06立方米；淤积程度为0.60米时，过流量为每秒172.86立方米；淤积程度为0.80米时，过流量为每秒164.60立方米；淤积程度为1.50米时，过流量为每秒135.86立方米。
根据结果我们可以得出这样的结论：
第一，如果渠道倒虹吸工程的上下游水位不变的情况下，那么随着管道淤积程度的不断加深，其倒虹吸过流能力也会随之不断降低，所以管道的淤积程度与过流能力成反比。
第二，管道的淤积程度处于0.8米的情况下，倒虹吸的过流能力正好处于每秒165立方米，而一旦淤积的程度加深，如果没导致上游壅水的情况下，那么渠道倒虹吸工程的过流能力就会受到影响。
第三，因为倒虹吸管身的断面是根据加大流量所确定的，所以当0.25米的水头用尽时，倒虹吸管处于不淤积的状态下，其过流能力为每秒197.8立方米。
2.2.2 淤积程度与上游水位关系
渠道倒虹吸工程的设计流量为每秒165立方米，而且倒虹吸出口水位为设计水位，保持这两个前提因素不变的情况下，根据相应的公式对水力进行计算后，可以计算出淤积程度对应的上游水位[5]。计算结果如下：
淤积程度为0.00米时，上游水位的高度约为74.04米；淤积程度为0.10米时，上游水位的高度约为74.05米；淤积程度为0.30米时，上游水位的高度约为74.07米；淤积程度为0.50时，上游水位的高度约为74.09米；淤积程度为0.70米时，上游水位的高度约为74.11米；淤积程度为1.00米时，上游水位的高度约为74.13米；淤积程度为1.10米时，上游水位的高度约为74.16米；淤积程度为2.10米时，上游水位的高度约为74.41米；淤积程度为2.50米时，上游水位的高度约为74.60米；淤积程度为2.70米时，上游水位的高度约为74.72米；淤积程度为2.90米时，上游水位的高度约为74.88米；淤积程度为3.34米时，上游水位的高度约为74.13米.
第一，如果渠道倒虹吸管道处于不淤积的情况下，那么倒虹吸进口水位的高度就是74.04米，就会低于设计水位的高度（74.13米）。
第二，如果管道的淤积处于0.87米的状态，上游水位壅高处于0.11米，就会达到设计水位 74.13米。
第三，随着淤积的程度加深，那么渠道倒虹吸工程的上游水位就必然会超出设计水位。
三、结论
通过对渠道倒虹吸工程的过流能力进行分析之后，我们可以得出以下四点结论：
第一，倒虹吸的过流量越小，那么渠道淤积对倒虹吸的过流能力所造成的影响也就越小；反之，如果倒虹吸的过流量越大，那么渠道淤积对倒虹吸的过流能力所造成的影响也就越大。
第二，在现状过流处于每秒85.56立方米的情况下，淤积的厚度处于3.34米时，渠道倒虹吸工程的上游水位相比没有淤积前的壅高为0.37米，其达到了设计水位的74.13米，而一旦淤积的程度加深，就会极大的影响倒虹吸过流。
第三，如果渠道倒虹吸工程上游水位壅高处于0.11米，并且管道的淤积处于0.87米的状态，那么其倒虹吸的过流量就会处于每秒165立方米，同时还会会达到设计水位 74.13米。这是如果淤积的程度持续加深，就会极大的影响总干渠的运行。
第四，在渠道倒虹吸工程上、下游的设计水位条件下，一旦管道内的淤积程度处于0.8米的情况下，倒虹吸的过流能力正好处于每秒165立方米，而一旦淤积的程度加深，如果没导致上游壅水的情况下，那么渠道倒虹吸工程的过流能力就会受到影响[6]。
参考文献：
[1] 王绍玲.兆儿河灌区干渠倒虹吸结构设计分析[J].水利规划与设计，2017（9）：118-119.
[2] 李斯杨.渠道倒虹吸混凝土施工设计[J].水利规划与设计，2016（11）：142-144.
[3] 崔福占.淤积状态下渠道倒虹吸过流能力分析[J].水科学与工程技术，2017（4）：24-26.
[4] 潘刚.简述灌区灌溉渠道倒虹吸管的设计方法[J].技术与市场，2016，23（5）：56-57.
[5] 王金晶.南水北调中线沙河（北）渠道倒虹吸防护工程设计[J].水利科技与经济，2018（1）：29-32.
[6] 易绪恒.脱脚河渠道倒虹吸抗浮稳定性监测分析[J].人民珠江，2016，37（7）：69-71.
论文作者:苏志敏1,延梦璐2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/5
标签：水位论文; 程度论文; 渠道论文; 约为论文; 过流论文; 高度论文; 工程论文; 《基层建设》2019年第4期论文;