影響攔河引水樞紐工程安全運行的關鍵問題及其對策

王 琦

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000)

我國水資源豐富，水電能源排名世界前列，截止到2016年我國全國用水量達到了5800多億m3，但我國人均水資源占有量僅占世界平均水平的25%[1- 2]，攔河引水樞紐工程的建設，可有效存蓄水源，提高居民水資源利用率，提高城市經濟發展水平[3]，而目前我國攔河樞紐工程建設規模與難度均排名世界前列，由于工程投資較高，施工難度較大，在投入使用前，應根據當地地質、地勢及下墊面具體情況，制訂完善的、適用于該工程的運行管理模式[4]，對攔河引水樞紐進行科學管理，制定合理的應急措施，以確保工程完整、安全地運行，充分發揮工程效益，更好地服務于地方經濟社會發展。但如今國內引水樞紐運行過程中仍存在較多的問題，比如泥沙淤積問題、閘門放水問題等，嚴重影響了攔河樞紐工程的效益和使用壽命[5]。本研究作者根據自身多年從事水利工程的經驗，根據實際工程中具體運行情況，結合伊犁地區的實際環境，闡明了攔河樞紐工程運行過程應注重的幾個實際問題，提出具體的解決措施。

1 攔河引水樞紐運行過程安全關鍵問題

圖1為攔河引水樞紐平面示意圖。攔河引水樞紐運行過程中普遍存在較多的問題，比如泄洪閘泄水不均勻，從而造成河床兩岸沖刷嚴重、閘門啟閉運行不合理，導致水流紊亂嚴重、閘門閘前水位過高，超出了閘門承受范圍，縮短了使用壽命等。

圖1 攔河引水樞紐工程平面示意圖

1.1 泥沙淤積問題

攔河引水樞紐工程在運行管理工作中，樞紐根據汛期洪水進行聯合調度運行，以保障汛期順利度過，但由于河流中泥沙含量較大，尤其汛期水量豐富，河流中的泥沙含量達到最高[6]，導致汛期過后監測人員發現攔河閘閘前推移質泥沙淤積嚴重，而且清除較困難，泥沙過度淤積嚴重影響了閘前水位計采集數據的準確性，導致得出的數據無法真實反映閘前水位的深度，有可能影響水庫調度方案的制定及應力分析計算，有可能造成嚴重的損失[7]；同時，閘前泥沙淤積嚴重將改變了河道來水的水流形態，無法正確制定閘門啟閉時間，導致閘門開啟時泄流水流不均勻，出現折沖水流，致使閘后自然河道兩岸護坡被沖刷嚴重。

本研究以實際工程中流量2500m3/h、1500m3/h和1000m3/h為3種工況，其水位分別為3.57m、2.25m和0.50m，計算了攔河引水樞紐閘前段泥沙淤積速率，以期可以估算不同工況下的閘前泥沙淤積速率，為泥沙淤積后的水位-流量曲線制定提供理論基礎，泥沙淤積速率采用下式計算[8]：

式中，Ur—回流強度，m/s；R—回流區水力半徑，m；J—回流區縱向水面比降；ω—泥沙沉速，cm/s。

表1為攔河引水樞紐工程泥沙淤積速率計算表，由表1可知，3種工況下，攔河引水樞紐工程閘前段淤積速率較大，隨著時間推移，閘前明渠段淤積泥沙將不斷累積，將影響樞紐工程正常運行，必須做好優化方案[9]。

表1 攔河引水樞紐工程泥沙淤積速率計算表

1.2 水工建筑物沉降觀測問題

沉降觀測工作是攔河引水樞紐工作的重中之重，若攔河樞紐出現不均勻沉降，可能導致閘室底板出現裂縫，當不均勻沉降達到一定程度時，可能導致上部結構損壞，因此在攔河引水樞紐工程運行中，必須準確地觀測攔河引水樞紐水工建筑物的沉降量。通過觀測，可以監測建筑物的沉降變位情況，不但為今后提供計算提供數據，提高準確性，而且能及時發現異常情況，采取措施，保證工程的安全運行，通過定期進行沉降觀測，可以為水工建筑物的安全鑒定工作提供數據。

1.3 樞紐閘后人工整治段自然河道兩岸護坡沖刷問題

由于2016年伊犁地區降水量較多，造成相比往年的河道來水量和洪水量大，8月份攔河引水樞紐最大來水量達到2000m3/s，導致閘后人工整治段自然河道兩岸護坡沖刷嚴重，同時危及護坡兩岸莊稼地及供水渠道的運行安全，應及時想好補救措施，避免出現不必要的損失。

2 相關問題解決方案

2.1 泥沙淤積問題解決方案

(1)當汛期過后水位開始回落時，及時調整閘門開度，用孔流的方式開啟個別閘門，提高閘前水位，對淤積泥沙的位置進行自然沖刷，在保持樞紐工程結構不變，投資不增加的前提下，最大程度清除泥沙淤積情況，同時避免了人工清除，工作效率大幅度提高，最大程度降低了運行成本。

(2)當閘前發生泥沙淤積現象后，原有的水位-流量曲線已無法符合實際工作情況，必須重新率定攔河引水樞紐水位-流量關系曲線，時刻監控閘前水位的變化，得出的水位-流量曲線也可為后續工作提供計算基礎。

2.2 水工建筑物沉降觀測問題解決方案

使用水準儀將攔河引水樞紐工程觀測條件較好的水準基點高程681.3400作為主基點和校核點，開始將高程引到攔河閘建筑物上預埋的六個沉降觀測點進行往返復測，復測結果高差誤差均小于0.1mm，再錄入軟件進行數據比對看是否發生沉降。觀測沉降時，應該注意的問題是：每次觀測時間都應嚴格遵守固定的觀測時間，同時觀測時應注意天氣及溫度的變化，盡量保證一個周期內觀測的外界環境條件一致；觀測人員、觀測路線、觀測點位要固定，降低誤差；將每次觀測的沉降結果及時報告相關部門，當建筑物24h連續沉降量超過1mm時要及時通知相關部門采取補救措施。

運用上述方法，進行攔河樞紐工程實際沉降量觀測與計算。下表為實際運行工作中觀測到的5個觀測點相對高程變化及沉降計算。取基準點相對高程為50m，由表2、表3可知，采用上文中所述的方法，測出的各觀測點相對高程24h沉降值均在1mm以內，表明上述方法是正確可行的。

表2 各觀測點相對高程表 單位：m

表3 各觀測點沉降計算表 單位：mm/d

2.3 兩岸護坡沖刷問題解決方案

為解決閘后人工整治段自然河道兩岸護坡沖刷問題，同時保障施工難度最低、施工投資最小，目前主要采用2種手段來整治河道兩岸護坡。

(1)向兩岸護坡投注鉛絲籠，制成挑壩將水流形態改變，減少河水對兩岸護坡的沖力。

(2)用防洪編織袋裝土，制成擋水墻，防護兩岸護坡被進一步沖刷。在進行施工補救措施的同時，應做好安全警示標識工作：在兩岸護坡設立明顯的安全警示標識標牌，同時在兩岸護坡范圍邊界設立安全警示提示圍欄，防止居民進入被沖刷的護坡內，保障居民的人身安全。

3 攔河引水樞紐運行相關建議

3.1 充分考慮實際問題

在設計施工過程中應充分考慮可能存在的泥沙淤積問題與護坡沖刷問題，提高設計施工質量，減少出現問題后進行補救的現象[10]。同時提高工程運行管理水平，在日常工作中對樞紐工程進行合理的維護，及時消除工程缺陷，做好記錄，總結積累經驗和教訓，確保工程長期安全運行。

3.2 加強樞紐信息化管理制度建設

正確快速的觀測并計算水工建筑物沉降，影響了樞紐工程安全運行。因此，必須改進傳統的量測技術，掌握科學合理快速的量測方法，提高測量精度與工作效率。同時，應加快攔河引水樞紐工程信息化系統的建立，包括管理系統、數據儲存系統和通訊系統等，自動測量數據并計算儲存，對樞紐工程進行全方位自動化監測，早日實現攔河引水樞紐工程自動化管理[11]。

4 結語

近年來，我國建立了許多攔河引水樞紐工程，投資較大，建設難度較高，也取得了不錯的經濟效益。攔河引水樞紐工程的安全運行直接關系到居民的財產與人身安全。本文研究了在運行過程中存在的泥沙淤積、沉降觀測和護坡沖刷問題，并根據實際運行情況提出了相應對策，對指導實際樞紐工程運行有重要意義。在實際工程中，應重視設計施工的質量，加強管理水平，并運用如今先進的科學管理措施，實現攔河引水樞紐工程全方法自動化管理，確保工程安全長期運行。同時，在今后的研究中，應從攔河閘前泥沙淤積等值線分布圖方面出發，制定不同樞紐類型的泥沙淤積等值線分布圖，更好地指導樞紐工程運行。

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