【摘　要】   在宽浅式河道上修建倒虹吸时，行洪口门宽度是影响建筑物投资和安全的决定性因素。结合滹沱河倒虹吸现场条件，通过计算说明了不同
口门宽度对壅水和冲刷的影响，并推荐2000m口门方案，水工模型试验也表明，2000m口门是一个合理可行的方案。这为同类工程提供了行洪口门确定的论
证方法。
【关键词】　倒虹吸；行洪口门；论证
  中图分类号：TV672.5(222)               文献标识码：  B            文章编号：1000-0860(2005)04-0044-02
                   Demonstration on width for flood discharge opening of Hutuo River Inverted Siphon
                                       MA Bao-xiang, CHEN Wei-guo, YUAN hao, WEI Yan-xiu
        (Hebei Research Institute of Investigation and Design of Water Conservancy and Hydropower, Tianjin 300250, China)
Abstract:When the inverted siphon is constructed on the wide-shallow channel,the width of the opening for flood discharge is the de-
terminative factor to affect the investment and safety of the structure concerned. Based on the site condition for the construction of
Hutuo  River  inverted  siphon  project, the  effects of various opening widths on the backwater and erosion are described through the
calculation concerned herein， and then the alternative plan with the opening width of 2000 m is recommended， furthermore the plan is
showed to be reasonable through the hydraulic modeling as well；  which  provide  the  similar project with a demonstration method for
determination of the opening for flood discharge.
Key words: inverted siphon; flood discharge opening; demonstration 
1  工程概况
    滹沱河倒虹吸总长2225m，其中管身段长为2050m。建筑物等级Ⅰ级； 防洪标准为100年一遇设计， 300年一遇校核；地震设防烈度6度；设计流量170
m3/s，加大流量200m3/s，分配水头0.884m。
   滹沱河交叉断面处为宽浅式河道，设计洪水流量14050m3/s,相应水位76.19m；校核洪水流量19200m3/s,相应水位76.77m。河道纵坡较缓，宽度7000m，
现状河床高程一般为72.10m，最低点为70.70m，主河槽宽约2000m。 按照黄壁庄水库50年一遇洪水下泄3300m3/s标准，确定滹沱河治导线宽度为l60Om。
2  行洪口门宽度方案
    在宽浅式河道上修建倒虹吸时，行洪口门宽度是影响建筑物投资和安全的决定性因素，因此合理确定行洪口门宽度对倒虹吸来说是非常重要的，原则
为：（1）宽度不宜小于现状河道的主槽宽度；（2）宽度不宜小于河道治理规划确定的防洪标准和河道治导线宽度；（3）在常遇洪水年份情况下， 不恶
化上游的防洪条件；（4）充分考虑河道上游壅水和下游冲刷对河道防洪安全的影响。
    经分析，可研阶段推荐行洪口门宽度2000m。为进一步论证其合理性，初设阶段又做了1600m、2000m和2300m三个方案的比较。口门中心线布置在河道
中泓线附近，以使两侧水流进入口门的流量和横向流速基本均衡。
3  不同口门宽度对上游壅水的影响
    在宽浅式河道上修建倒虹吸时，由于束窄河道，从而影响到防洪安全。采用《公路桥位勘测设计规范》建议的方法计算
	                   
                                 上游最大壅水高度                    （1）
   
                       
                                   上游壅水长度                            （2）
    计算结果列入表1，由表1可知，随着河道行洪口门宽度的增加，各种洪水频率的上游壅水高度将逐渐减小，但变化速率却是非线性的。比如在设计洪
水条件下，当口门宽度由1600m增加到2000m时,上游壅水高度降低55%；当口门宽度由2000m增加到2300m时，壅水高度降低18%。这说明2000m的行洪口门是
一个关键数，小于该数时，对上游壅水高度影响很大，大于该数时，它对上游壅水的影响明显减小。
                                             表1  不同行洪口门宽度的壅水计算结果 

4  不同口门宽度对水流冲刷深度的影响
    天然河道上修建建筑物后的冲刷深度计算公式 （3）
计算出冲刷后最大水深后减去冲刷前最大水深即为冲刷深度。河床地层和粒径参数,由地质勘察成果选取：表层为中细砂,平均厚度8m，中值粒径D50=0.21
8～0.374mm；中间为砂壤土和壤土，平均厚度7～8m，中值粒径D50=0.030～0.033mm；下部为砾砂，平均厚度大于10m，中值粒径D50=0.762mm。 计算成果
见表2。
                                           表2  不同口门宽度河道冲刷深度计算成果 

    由表2分析可知：水流冲刷深度随着口门宽度的变化规律同上游壅水位相吻合，也说明2000m的口门宽度是一个关键数。 表2中冲刷深度是根据现状河
道断面分析计算的河床最低点高程为70.70m，此高程减去300年一遇冲刷深度即为冲刷线高程。如2000m口门方案计算冲刷深度为6.61m，冲刷线高程为64.
09m。从交叉断面处的地形看，河槽部分河床高程多数高于72.00m，距离冲刷线约8.0m左右。
5  行洪口门方案的比较
    1600m 口门方案，虽然倒虹吸长度最短，但因其对河道束窄较大，造成上游壅水高度和冲刷深度最大， 影响范围也最大； 口门宽度与规划治导线相
当，防洪标准偏低，且在校核洪水条件下右岸新村村基淹没深度将增加0.63m，有一定淹没损失，故放弃该方案。
    2300m口门方案，与1600m口门方案相反，其优点是对河道造成的上游壅水高度和冲刷深度最小，影响范围也最小；缺点是倒虹吸长度最大，工程量和
投资最多，且由于右岸导流堤裹头的影响致使新村近30户村民需要搬迁。故该方案也不予采用。 
    2000m口门方案， 相对于2300m口门方案虽然造成的上游壅水、冲刷深度和影响范围稍有增加；而工程量和投资却能节省约15%。该方案与河道现状主
河槽宽度一致，满足行洪口门选择的各项原则和要求，经综合分析认为是一个合理而又适中的方案，故予以推荐。
6  水工模型试验成果
    为验证滹沱河倒虹行洪口门的水流流态和河床冲淤变化规律，与清华大学合作进行了大型河工模型试验。模拟范围从黄壁庄水库坝下至京广铁路桥长
33km的河段，模型水平比尺400，垂直比尺80，几何变率5。
    试验结果表明，在2000m口门布置条件下，由于受上游河势影响右侧横向水流较强烈，沿进口明渠水位差1.33（设计洪水）～1.69 m（校核洪水），
水面比降0.11%～0.15%。口门上游壅水位左侧77.41～78.10m，比天然水面线壅高0.56～0.7m；右侧77.45～78.00 m，比天然水面线壅高0.67～0.91m。
局部冲刷深度左岸3.5～5.3m，右岸4.35～6.85m。在口门上游横向水流与主流交汇处流态较顺畅。总体评价认为2000m口门是合理的。
7  结  语
    （1）在宽浅式河道上修建倒虹吸时，行洪口门宽度是影响建筑物投资和安全的决定性因素；（2）合理确定行洪口门宽度的主要原则就是保证建筑物
和河道的防洪安全；（3）结合现场条件，通过对不同口门方案的技术、经济、和防洪安全等综合分析，推荐2000m口门方案； （4）通过水工模型试验，
表明2000m口门方案是一个合理而可行的方案。