全 文 ：工程科技
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增城市白苏塘水陂过流能力计算及消能防冲验算
马金龙
(黑龙江省龙头桥水库管理处，黑龙江 宝清 155600)
1概 况
白苏塘水陂位于增城市白苏塘村北部，镇北涌下游段上，是镇
北涌上的一座拦河水闸工程，建设目的是抬高河道枯水期水位，满
足河道沿线 2000亩农田的灌溉取水要求。
从工程布置看，白苏塘水陂由进口段、闸室段、出口段等几部分
组成。
① 进口段与上游渠道等宽，直接连接，长 16.0m，由干砌石护
坦段和钢筋混凝土铺盖段组成，长度各 8.0m。进口段两侧边墙均为
浆砌石重力式挡土墙结构，墙高 2.83m。
② 闸室共分四孔，两边孔为开敞式溢流堰，中间两孔为泄洪
闸，闸室总宽度 15m，中间两孔泄洪闸每个闸孔净宽为 3.30m，闸底
板顶面高程与上游渠底齐平，为 15.09m；两侧边孔每个闸孔净宽为
3.0m，溢流堰堰顶高程为 16.50m。水陂在中心线位置考虑沉降因素
设有沉降缝，缝墩厚 1.0m，中墩及边墩厚均为 0.7m，墩顶高程
18.60m。两中孔水闸上部设有启闭室，为轻型混凝土框架结构。闸室
下游侧考虑交通要求，设有交通桥，桥面净宽 4.0m。
③ 出口段由消力池和海漫段组成，总长 48.57m。
消力池为下挖底流式消能工，长 16.44m，宽 15.0m，其中陡坡段
长 5.94m，消力池长 10.50m，陡坡段坡比 1:3.0，池深 0.5m。消力池为
钢筋混凝土结构，底板厚 0.5m；岸墙采用钢筋混凝土悬臂式挡土
墙，墙高 4.81m。
海漫段长 16.0m，断面型式为梯形结构，底宽 15.0m，两侧边坡
坡比 1:1.5，渠底、渠坡均采用干砌石护砌。
2 过流能力计算
2.1水陂的运用调度方式
水陂共分 4孔，由 2孔溢流堰和 2孔开敞式泄洪闸组成。运用
调度方式为：①当上游来水量在 0~3.18m3/s（为河涌的多年平均来水
量）时，泄洪闸关闭，由两侧溢流堰泄流；②当上游来水量在
3.18~31.03m3/s时，泄洪闸开启，控制闸孔开度泄流，溢流堰同时泄
流，使闸上水位不低于 16.50m，不高于 17.0m；③当上游来水量大于
31.03m3/s时，泄洪闸全部开启，自由泄流，溢流堰同时泄流。
2.2水陂过流能力验算
溢流堰和泄洪闸均为堰流，堰流泄流能力计算公式如下：
H0=H+
式中：Q－流量，m3/s；B－堰总净宽，B＝2×9.4，m；b－单孔宽
度，b=9.4m；n－闸孔数目，n=2；H0－计入行近流速的堰上总水头，
m；H－不计入行近流速的堰上水头，m；V0－行近流速，m/s；ε－闸
墩侧收缩系数；ξ0－中墩形状系数；ξk－边墩形状系数；m－流量
系数。
m的取值参考《水力工程设计计算手册》（水利水电出版社，
2006年 11月第 1 版）查取。对于溢流堰来说，m取值与堰流形式
（由堰顶宽度和堰上水深的比值确定，即 δ/h＜0.67，为薄壁堰流；
0.67＜δ/h＜2.5，为实用堰流；2.5＜δ/h＜10，为宽顶堰流；δ/h＞
10，为短渠）、堰高、堰顶宽度、堰下游斜坡坡比等因素有关。对于开
敞式泄洪闸来说，m取值与堰流形式（判断方式同上）、闸门开度等
因素有关。
水陂泄流能力具体见表 1、表 2、表 3。
3 消能防冲验算
3.1 计算工况
影响消力池水力条件的因素很多，情况比较复杂。主要因素有
水闸的上、下游水位差、过闸单宽流量、下游水深、水陂的调度运行
方案等。
3.2 计算公式
根据水陂的总体布置及周边地形条件，水陂拟采用底流消能的
方式进行消能，消力池深度、长度、底板厚度、海漫长度、河床冲刷深
度计算采用《水闸设计规范》附录 B推荐的相关公式，计算公式如
下：
① 消力池深度计算
消力池深度按下列公式进行计算：
式中：d- 消力池深度（m）；σ0- 水跃淹没系数，取 1.05；α- 水流
动能校正系数，取 1.05；q - 过闸单宽流量（m3/s.m）；b1- 消力池首端
宽度（m）；b2- 消力池末端宽度（m）；T0- 由消力池底板顶面算起的总
势能（m）；ΔZ - 出池落差（m）；hs′- 出池河床水深（m）。
② 消力池长度计算
消力池长度按下列公式进行计算：
式中：Lsj- 消力池长度（m）；Ls- 消力池斜坡段水平投影长度
（m）；β- 水跃长度校正系数，取 0.75；Lj- 水跃长度（m）。
③ 消力池底板厚度计算
抗冲厚度
摘 要：白苏塘水陂是增城市镇北涌上的一座取水枢纽工程，本文对白苏塘水陂过流能力进行了计算，对结构消能防冲进行了验算复核。
关键词：增城市;白苏塘水陂;过流计算;消能验算
B 2gHQ m
H1 0.2[ (n 1) ]
nb
V0
2
2g
d h h Z
81 1
2
h bqh
gh b
0
2
qh T h
g
2 2
q qZ
g h gh
L L L 6.9L h h
t k q H (下转 113页)
ε ζ ζε
238· ·
科技论坛
抗浮厚度
式中：t- 消力池底板始端厚度（m）；H＇- 闸孔泄水时的上下游
水位差（m）；k1- 消力池底板计算系数，取 0.2；k2- 消力池底板安全
系数，取 1.3；U- 作用在消力池底板底面的扬压力（kPa）；W- 作用在
消力池底板顶面的水重（kPa）；Pm- 作用在消力池底板上的脉动压力
（kPa）；γb- 消力池底板的饱和重度（kN/m3）。
经计算，消力池深度 0.34m，池长 15.58m，底板首端最大厚度为
0.48m，末端厚度一般取首端厚度的一半为 0.24m。
④ 海漫长度计算
当 ，且消能扩散良好时，海漫长度按下列公式
进行计算：
式中：Lp- 海漫长度（m）；qs- 消力池末端单宽流量（m3/s.m）；Ks
- 海漫长度计算系数。
经计算，海漫长度为 23.35m。
⑤ 河床冲刷深度计算
海漫末端的河床冲刷深度按下列公式进行计算：
式中：dm - 海漫末端河床冲刷深度（m）；qm - 海漫末端单宽流
量（m3/s.m）；[v0] - 河床土允许不冲流速；hm - 海漫末端河床水深
（m）。
经计算，海漫末端河床冲刷深度为 2.37m。
3.3计算结果
根据以上计算，结合构造要求，选定消力池深 0.50m，池长
16.44m。海漫段长 24.0m，末端设 2.50m深的防冲齿槽。
U W P
t k
1 ~ 9
q H
p s sL K q H
1.1 qd h
v
（上接 238页）
强化物探技术工作 提高地质保证程度
孙庆岩
（龙煤鹤岗分公司峻德煤矿，黑龙江 鹤岗 154102）
摘 要：随着矿井向深部的延伸，地质构造、瓦斯与水等影响矿井安全高效生产的问题将更加突出，与此同时，再依靠传统的钻探、巷
探等手段来获取资料分析预防这些问题也将更加困难。因此，我们很有必要将地球物理勘探的技术方法引入进来并于传统方法相结合，
使其为矿井的生产提供更加准确的地质预报，这也将是今后地质工作的必然趋势。
关键词：地球物理勘探；矿井深部开采；地质保障
1应用地球物理勘探技术的意义
地球物理勘探技术是对地球的各种物理场分布及其变化进行
观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演
化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探
测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法
和技术，为灾害预报提供重要依据。针对我国煤矿行业频发各累事
故的实际，通过以往的钻探、巷探手段，并结合地球物理勘探技术，
提高地质推断的准确性，解决以往方法和手段的局限性，对保证矿
井生产安全具有十分重要的意义。同时对矿井水、瓦斯及地质构造
异常区域的探索与实践，分析其原因，掌握其规律，增强其手段，对
煤矿行业未来的安全高效发展必将起到推波助澜的实际作用。
2地球物理勘探技术原理及应用
浅表地层或浅表建筑工程是由岩、土体或混凝土等介质构成，
这些介质具有不同的地球物理和力学属性，例如介质的波场响应和
电场响应属性，这些属性包括介质的波速、电阻率、磁导率、介电系
数、密度等参数，其中主要的属性是力（或弹性）属性和电属性，也就
是介质的差异主要表现为弹性波速度和电阻率差异。一般来讲，完
整、均一、强度高的介质，表现为高阻、高速、低吸收，当其受到各种
破坏时，其波速、电阻率将变低，对电磁波表现为高吸收。也有例外，
如充填空气的岩溶，弹性波表现为低速，电阻率则为高阻，对电磁波
因其多次反射而呈现高吸收；混凝土里的钢筋，弹性波为高速，电阻
率为低阻，对电磁波高吸收。这些规律是由波场传播或电场分布特
点决定的。地球物理探测或检测就是利用物理场在不同属性介质中
的不同响应特征来探测介质属性差异，探查属性差异变化界面、属
性异常带，进行地质单元划分，进而对岩土体或混凝土作出地质或
质量评价。工程地球物理探测或检测所遇问题主要是工程建设前
期、施工期、运行期，地质、水文、环境、库区等灾害治理需要解决的
地球物理问题，这些问题从地质、工程意义上讲，抑或是综合的问
题，抑或是单独的问题，但从地球物理的角度讲都应该是综合的地
球物理探测或检测问题。下面是地质或工程上主要的地球物理探测
或检测问题，对每类问题均形成了较为系统的地球物理解决办法。
3目前我矿地球物理勘探技术的应用
当前我矿物探主要包括两大方面，一方面是地面物探，主要为
三维地震勘探；另一方面是矿井物探，主要有矿井地震勘探、瞬变电
磁法等。地球物理勘探技术自 2006年被引进鹤岗矿区以来，通过 6
年的认知与熟悉，已取得了较大的发展，同时地球物理勘探技术在
矿井未来的发展进程中发展前景也比较明朗。
3.1三维地震勘探。随着矿井开采深度的增加，目前已开采至
- 500标高，井下采煤、掘进工作面可能出现如：地温增高、瓦斯涌出
量增加、矿压增大、底板水压增大情况等等，这其中的很多情况又经
常伴随有异常的地质构造。三维地震勘探技术指的是在一个观测面
上进行观测，对所得资料进行三维偏移叠加处理，以获得地下地质
体构造在三维空间的特征。由于其技术原理使它的成效主要集中于
煤田浅部，对于矿井深部的地质构造控制程度还有很多不足，这就
需要运用矿井地震勘探技术相辅助。
我矿曾经对南三区进行了三维地震勘探，并结合现有资料进行
分析，使我矿对该区域的煤层赋存情况及地质构造变化都有了较为
准确的掌握，为我矿的新区开拓提供了有效的指导。
3.2矿井地震勘探。利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测
和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态
的地球物理勘探方法。通过人工手段激发的地震波，而在其他若干
点上用地震检波器记录从震源直接来的直接波或从地下不同弹性
的岩层分界面来的反射或折射波，分析地震记录上这些有用信息的
特点，求得弹性分界面的空间位置及性质，从而完成地震勘探的主
要地质任务。
我矿就成功运用了矿井地震勘探技术对二水平南三区 12层进
行勘探，对其区域内的 F7、F9断层进行了较为准确的预测预报，为
这个工作面的安全高效施工提供了地质保障。
3.3矿井瞬变电磁法。矿井瞬变电磁法是一种非接触式探测技
术，属于时间域电磁法。利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一
个瞬变的电磁场，通过加大发射功率和接收回线匝数的方法增强二
次场信号强度，从而增大瞬变电磁法的顺层或垂直勘探深度。我矿
现在主要把这一技术应用于矿井涌水量监测，并取得了一定的成
效，已成为我矿当前防治水工作的主要手段之一。
在矿井的深部开采中，影响其安全生产的地质因素众多。查明
煤岩层中的构造变化并对其进行及时准确的预测预报是高产高效
现代化矿井建设的重要工作，而与之相应的则是在当前的地质工作
中我们的勘探手段不足以解决这些问题。这就需要我们广大技术人
员引进和结合更多的先进的技术方法和设备来为矿井生产服务，在
当前条件下我们能采取的较为有效和科学的措施就是：物探先行，
钻探、巷探与物探相结合，提高地质保障程度。
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