新疆某多泥沙高引水比河流引水樞紐布置設計

湯建

(新疆巴州水利水電勘測設計院，新疆巴州841000)

1 引水樞紐現狀

新疆某河發源于依連哈比爾尕山北側科爾達拉河源頭的31號冰川，河流水網發育，呈樹狀水系，為典型的冰川融雪型補給河流，地勢由南向北傾斜，最高海拔5256 m，最低僅300 m左右。從河源至出山口(海拔820 m)主河道長約94km，平均縱坡46‰。多年平均流量為11.21 m3/s，多年平均徑流量為3.539×108m3，多年平均輸沙量為66.5×104t。

該河引水樞紐工程位于出山口，始建于1959年，于1962年竣工投入運行，是一個以灌溉為主的費爾干式引水建筑物，側面引水，正面沖砂，目前設計引水流量35 m3/s。工程進水閘、泄洪沖砂閘、泄洪閘、自潰壩、上游整治段組成。

引水樞紐運行已53 a，工程已嚴重老化，防洪能力下降，工程存在嚴重的安全隱患，引水樞紐分別與1988年、2001年兩次進行加高處理。存在的主要問題有:①老化、安全問題:原C15混凝土嚴重老化，加上引水樞紐推移質的撞擊、懸移質的沖磨，導致閘室及上下游混凝土表層基本剝落，底板及閘墩局部多處出現露筋，個別閘墩底部出現貫穿性裂縫，影響工程安全。②泥沙淤積問題:引水樞紐布局不適應目的的高引水比(70%以上)，人工彎道無法發揮作用，泄洪沖砂閘排砂不利，造成河道、閘前、閘后淤積嚴重，河床逐年抬高，由于淤積導致建筑物過流不足，防洪能力下降。每年需要清淤，目前每年用于清沙的費用較高。

鑒于引水樞紐存在的諸多隱患問題，已威脅到整個工程的安全運行，且已無加高的余地和加固的必要，需要拆除重建。

2 引水樞紐布置方案

引水樞紐的布置型式采用錯動攔河閘式布置方案和引水彎道式布置方案。

2.1 彎道式引水樞紐

彎道式引水樞紐工程由泄洪閘、彎道式沖砂槽、進水閘及沖沙閘組成。工程總體布置如下:

1)泄洪閘位于引水彎道首端凸岸一側，渲泄非常洪水。在洪水季節開啟泄洪排沙，減少彎道進沙量，減輕彎道負擔。泄洪閘底高程810.55 m，保證上游在較長的時間的內有一定的淤積庫容，下游形成一定縱坡，洪水期將上游淤積泥沙盡量帶向下游。

2)彎道式沖砂槽在河道內修建彎曲段，設計寬度為8.6 m，彎道半徑為250 m，彎道長度220 m，彎道進口高程811.833 m，末端高程810.050 m，縱坡1/120。

3)進水閘布置在緊接引水彎道末端凹岸切線方向。閘底高程816.00 m，比沖沙閘底高5.5 m，利用上游彎道環流和沖砂閘與進水閘高差，當來水量較小，引水灌溉，此時沖砂閘關閉，彎道此時為沉沙池，利用高差進水閘引取表層清水;當來水量較大時，進水閘與沖砂閘均開啟，利用環流，進水閘引起表層清水，推移質泥沙由沖沙閘排走。

4)沖沙閘位于引水彎道末端凸岸，閘底高程810.50 m，沖砂閘單孔凈寬為6.5 m，共2孔。

2.2 錯動攔河閘式

錯動攔河閘式引水樞紐采用正面泄洪沖沙，側面引水的布置形式，工程由攔河閘、進水閘、沖砂閘、沖砂槽、自潰壩及上下游河道整治段組成。

1)泄洪閘的工程任務為泄洪、沖沙。泄洪閘布置在主河床段，左側與沖砂槽相連，右側與導洪堤連接。泄洪閘總長18.5 m，共設3孔，采用開敞式平底閘，閘孔凈寬均為6.5 m，總凈寬19.5 m，閘底板高程810.55 m，閘頂高程817.60 m，由上游連接段、閘室段、下游連接段組成。

2)沖砂系統由上游沖砂槽段、閘室段、下游沖砂槽段組成。泄洪閘左側布置沖砂槽，沉砂沖砂槽采用鋼筋混凝土矩形槽結構，凈寬為8.6 m，長度為70 m，沉砂沖砂槽首部設置擋砂坎，坎高1.5 m，坎后設置29 m平坡段，平坡段末端設置沖砂陡坡，陡坡起端高程811.150 m，末端與沖砂閘底板高程連接，縱坡為1/21.579，沉砂沖砂槽末端正向與沖砂閘連接，沉砂沖砂槽末端左側為進水閘，側向引水。

3)進水閘布置在主河床左側，側向引水，正向沖砂，進水閘右側與沖砂閘相接，引水角度為30°，進水閘全長15 m，共布置3孔開敞式平底閘，孔口凈寬3.5 m，總凈寬10.5 m，邊墩厚度為1 m，中墩厚1.2 m。底板上下游側均設有齒墻，齒墻深度為1.0 m。閘頂下游側布置6 m寬的交通橋，上游側布置檢修橋。

4)自潰壩位于泄洪閘右側導洪堤上游60 m處，長60 m，自潰壩采用梯形結構，兩側與右側導洪堤連接，迎水面邊坡為1∶1.5，采用50 cm厚混凝土結構，迎水面坡腳采用拋石回填，壩頂高程為815.00 m，壩頂布設沙袋，沙袋頂部高程為816.600 m。壩下游鋪設長37.34 m鉛絲石籠護坦，兩側為8.1 m～5.6 m高的混凝土導流墻。

2.3 引水樞紐型式比選

原引水樞紐存在的主要問題上下游淤積嚴重，泥沙過快淤積的問題不能解決，后期用于清沙的費用仍會居高不下，究其泥沙過快淤積的原因主要與其布置形式有關，其原引水樞紐采用費爾干式(人工彎道式)引水模式，在起先低引水設計理念時，有一定沖沙流量的情況下，有明顯的沖沙效果。但目前，隨著灌溉面積的增大，在高引水比的情況下，沒有太多沖沙流量的情況下，在加之人工彎道轉彎半徑過大，彎道寬度達到45 m，轉彎半徑大致為300 m，轉彎半徑過大無法形成環流，泥沙淤積與沖沙泄洪閘門前，無法帶入下游，長期使用造成上游淤積，進而影響到下游［1］。

對于引水彎道式布置方案，要使彎道形成環流，必須減小彎道寬度，采用較小值的轉彎半徑，而引水樞紐所在位置為出山口處，兩側均為較高山體，加大轉彎半徑所占河道總寬度增大，上下游無法較為平順的進行連接，另外，彎道必須在一定的流量下才可產生橫向環流，運用流量的范圍相對較小。

而錯動攔河閘式布置方案采用正向泄洪沖砂，側向引水的布置形式，當來水量較小時，可引水沖砂，保證進水閘門前清;設計及校核洪水時，泄洪閘打開泄洪，將上游淤積泥沙帶入下游的運行方式，其布置較為平順，運行管理較為靈活，推薦采用錯動攔河閘式布置方案［2］。

3 本工程設計總結

本工程為改建項目，由于條件所限，所以只能采用盡量抬高引水樞紐各閘門底高程作為主導設計思路。達到上游有一定的淤積庫容，下游形成一定的沖刷縱坡，通過上游淤積下游沖砂的運行方式延長引水樞紐的運行時間，增加樞紐的壽命。而對于具體布置形式上應采用正向泄洪沖砂，側向引水的布置形式。側向泄洪沖砂會使大量的泥沙淤積至閘門前，第一影響閘門的開啟關閉，第二不利于泥沙向下游的攜帶，久而久之泄洪沖砂通道成為淤沙，阻沙的地點。

引水樞紐重點是引水，在多泥沙高引水比河流上，無論采取何種引水方式都會有一定的泥沙被帶入引水渠道，無法做到水沙的徹底分離，只能盡量減少泥沙進入渠道，并通過渠道上設置的沉沙排沙設施進一步減少泥沙進入渠道下游，抬高進水渠道、采用側面引水是最為簡單有效的布置形式。

［1］蔣小鵬.多松多水電站引水樞紐布置及其特點［J］.甘肅水利水電技術，2007(03):8－12.

［2］江祥繼，江力.西河斜壩引水樞紐布置探討［J］.四川水利，2011(02):56－58.