交口抽渭渠首樞紐小枯徑流條件下引水困難問題探析與建議

高喜洲，魏正葉，郝曉靜

（1.陜西省交口抽渭灌溉中心，陜西 渭南 714000；2.陜西省水利信息宣傳教育中心,陜西 西安 710000；3.全省節(jié)約用水辦公室，陜西 西安 710000）

1 樞紐工程概況

陜西省交口抽渭灌區(qū)位于陜西省關(guān)中平原東部，渭河下游北岸，是陜西省唯一灌排結(jié)合的大型電力灌排工程，現(xiàn)有設(shè)施面積126.6 萬畝，轄灌渭南市的臨渭、大荔、蒲城、富平和西安的臨潼、閆良共2 市6 縣（區(qū)）。而渠首引水樞紐是灌區(qū)農(nóng)田灌溉的水源工程，位于西安市臨潼區(qū)油槐鎮(zhèn)西樓村，石川河入渭口以東2.5 km 處，屬于無壩引水樞紐，整個引水樞紐工程分二期建成由河道控導(dǎo)工程、進(jìn)水閘及抽水站三部分組成。

1.1 河道控導(dǎo)工程

河道控導(dǎo)工程布設(shè)在進(jìn)水閘上游2.0 km 河段內(nèi)，依照“洪水不改道，枯水不離閘，確保引水”的原則，按12 年一遇洪水（Q=7880 m3/s）設(shè)計，50 年一遇洪水（Q=10800 m3/s）校核，對引水口以上2.0 km 的河床進(jìn)行了治理，在渭河南岸修筑了護(hù)岸工程1.58 km，修筑丁壩24 個；北岸砌護(hù)600 m，固定主河槽；在灘地南岸修4 道，北岸修2 道砌石固灘潛壩（壩頂基本與灘面相平），并在老河口地段修建土格壩3 道，植防護(hù)林帶以保護(hù)灘地，保證河流不改道。為了保證小水不離閘，在閘的對岸修建了7 道挑水潛丁壩,整個河道控導(dǎo)工程構(gòu)成一個平面“S”型的控導(dǎo)線。

1.2 進(jìn)水閘

進(jìn)水閘分兩期建成：一期工程進(jìn)水閘位于“S”型控導(dǎo)線彎道尾部，閘中心與主河槽河道水流方向呈55°夾角，閘底高程為343 m，閘頂高程為354 m，設(shè)計洪水位353 m（100 年一遇洪水流量14000 m3/s），校核洪水位353.5 m（200 年一遇洪水流量18000 m3/s）。共設(shè)開敞式進(jìn)水閘8 孔，孔寬3.0 m，閘墩寬度2.6 m，鋼筋混凝土閘門，閘門寬3.52 m，閘高11 m，閘門啟閉采用2×7.5 t 雙吊桿式卷揚(yáng)機(jī)；二期工程進(jìn)水閘在一期進(jìn)水閘上游增設(shè)進(jìn)水閘5 孔，孔寬4.5 m，一、二期進(jìn)水閘前沿夾角15°，每孔閘門設(shè)置工作閘和檢修閘各一道。

1.3 抽水站

機(jī)房布設(shè)在進(jìn)水閘之后，與進(jìn)水廊道連接，布設(shè)比較緊湊合理。機(jī)房幾經(jīng)改造，現(xiàn)安裝機(jī)組10 臺，設(shè)計揚(yáng)程17.87 m，泵站設(shè)計流量37 m3/s，最大抽水流量41 m3/s，總裝機(jī)容量9640 kW，擔(dān)負(fù)著灌區(qū)126.6 萬畝農(nóng)田灌溉供水任務(wù)，是交口抽渭灌溉工程咽喉工程之一。

圖1 交口抽渭渠首控導(dǎo)工程平面布置圖

2 中小流量時樞紐引水存在嚴(yán)重問題

交口抽渭渠首引水樞紐工程歷經(jīng)五十多年的運行,受三門峽水庫最高運行水位調(diào)整的影響、多次較大洪水對護(hù)岸工程沖刷引起控導(dǎo)線的變化、工程壽命以及自然活動的諸多因素的影響,造成原順暢的“S”型控導(dǎo)線發(fā)生變化，特別是中小流量時引水條件惡化，造成引水困難。

2.1 受三門峽水庫最高運行水位調(diào)整的影響，小枯水流量無法引水

1969 年三門峽水庫最高運行水位由高程350 m 調(diào)整為310 m，渭河主河槽河底高程淘刷深度加深，低于初期引水樞紐建造時的河床底高程343 m，致使枯水期引水不足或無法引水，因此在上世紀(jì)70 年代全面投入運行初期，為保證枯水期樞紐能引水,且在不影響渭河生態(tài)流量的前提下,在進(jìn)水閘下游修筑臨時攔河潛壩。而攔河潛壩按臨時工程修建，標(biāo)準(zhǔn)較低，經(jīng)歷較大洪水后，都要進(jìn)行水毀修復(fù)，否則無法保證樞紐小枯水流量引水。

2.2 中小水（≤2000 m3/s）主河槽發(fā)生了大的改道，原順暢的“S”型控導(dǎo)線發(fā)生根本性改變

1）石川河斷面渭河主河槽向左岸偏移400 mm～500 m，最大處偏移641 m。

2）23 # 丁壩斷面渭河主河槽與原右岸治導(dǎo)線沖刷成90°，致使支點原河道控導(dǎo)工程損壞嚴(yán)重，19#～21#丁壩基本被沖毀，若遇大的洪水，支點渭河主河槽可能發(fā)生大的改道，樞紐引水將徹底脫流無法引水。

圖2 渭河交口抽渭渠首控導(dǎo)河勢現(xiàn)狀圖

3）受石川河斷面和23#丁壩斷面兩個支點主河槽的改變，進(jìn)水閘上游左岸頂沖點向上游淘刷偏移較大，致使進(jìn)水閘段在中、小水時處于該彎道環(huán)流的水沙分離回淤區(qū)，進(jìn)水閘中心線與主流方向夾角由原設(shè)計的55°變成近乎90°夾角，加之枯水流量的堵河影響，進(jìn)水閘引水條件變壞。

2.3 一期進(jìn)水閘進(jìn)水條件惡化

1）原進(jìn)水閘在初期運行時，閘底坎以上30 cm 水位能滿足運行要求，而渠首樞紐抽水站泵組經(jīng)過改造調(diào)整，加之河道演變等因素，目前閘底坎以上水位須達(dá)120 cm以上方可滿足運行要求。

2）限于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)條件，建造標(biāo)準(zhǔn)較低，閘墩采用的圬工材料，塊石砌筑已達(dá)到原設(shè)計使用年限且有剝落現(xiàn)象。

3）一期進(jìn)水閘工程作為洪水的行洪頂沖支點位置，對交口引水樞紐安全運行至關(guān)重要，特別是1992 年發(fā)生過一次較大的險情，閘底板下出現(xiàn)淘刷懸空，采用了在閘底板掏空部位回填和前沿以下灌注樁防沖處理等措施；2000 年利用世行貸款項目僅對上部閘房進(jìn)行了改造，進(jìn)水閘基礎(chǔ)和墩墻均未改造。

4）渭河全線整治項目實施后，原進(jìn)水閘設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)低于現(xiàn)渭河全線整治標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水閘成為薄弱節(jié)點，存在安全隱患。

5）受渭河主河槽逐年刷深影響，進(jìn)水閘前河床高程低于進(jìn)水口底板高程，致使枯流量期進(jìn)水寬度變窄，引水條件惡化，造成引水困難。

3 樞紐工程整治原則建議

交口渠首樞紐河道治理工程自一期工程1963 年投入運行已57 年，1992 年以前，渭河主河槽遵循控導(dǎo)線從未改變，引水條件良好。有多年的長系列1∶1 原型運用經(jīng)驗積累，在中水條件下的渭河主河槽控導(dǎo)線不需要進(jìn)行水力模型試驗，只是疏浚恢復(fù)1992 年以前的主河槽即可，因此在恢復(fù)完善控導(dǎo)線的總原則下，建議結(jié)合以下原則對其進(jìn)行整治。

3.1 系統(tǒng)治理原則

樞紐引水工程是一個整體統(tǒng)一的系統(tǒng)，包括河道治理、臨時攔河潛壩和進(jìn)水閘，通過調(diào)研自1992 年之后，主河槽控導(dǎo)線發(fā)生了很大的變化，對樞紐引水造成了很大的不利影響，若為及時采取有效整治措施，轄灌的百余萬畝農(nóng)田豐產(chǎn)、農(nóng)民豐收將無法保障。亟需及時科學(xué)系統(tǒng)的考慮改造和完善。

3.2 科學(xué)治理原則

做進(jìn)水閘前部分彎道環(huán)流水沙分離原理小模型試驗，解決閘前在小枯流量條件下彎道頂沖點和進(jìn)水閘之間的相對位置問題，以及攔河潛壩和沖砂閘的高程和布置問題，解決進(jìn)水閘引水與攔河潛壩攔水對水沙分離帶來的矛盾問題，達(dá)到能“水沙分離、攔沙引清、沖沙不淤”的目的。

3.3 梯級控導(dǎo)原則

應(yīng)對渭河多年徑流量進(jìn)行水文分析，按大水（防洪流量）、中水（歸槽流量）、小水（日常流量）、枯水（枯水流量）進(jìn)行分級控導(dǎo)，采取不同的工程措施。

3.4 兩岸控導(dǎo)的原則

原河道治理僅在南岸采取了工程治理措施，造成了23#丁壩斷面以上渭河主河槽向北岸改道偏移，支點的改變對石川河至進(jìn)水閘渭河主河槽造成系列影響。

3.5 一次規(guī)劃、分年度實施原則

交口樞紐工程作為126.6 萬畝設(shè)施灌溉面積的水源工程，無論從社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，還是解決當(dāng)前存在的問題，保證灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，都需要進(jìn)行一次性整體綜合考慮、長遠(yuǎn)規(guī)劃，鑒于系統(tǒng)規(guī)模較大，建議分年度實施。

4 樞紐工程整治措施建議

4.1 大水流量工程措施

1）進(jìn)水閘上游頂沖點控導(dǎo)工程：為了控制進(jìn)水閘上游北岸頂沖點向北和向上游的淘刷，以及調(diào)整進(jìn)水閘與上游頂沖點保持合理的距離，需在水力模型試驗的基礎(chǔ)上對進(jìn)水閘上游適當(dāng)位置修建控制性導(dǎo)流工程。

2）北岸石川河口渭河改道主河槽截流控導(dǎo)工程：為了保障疏浚后的渭河主河槽再不發(fā)生向北偏移，并對現(xiàn)狀主河槽進(jìn)行截流，需在渭河北岸石川河口上、下游新建截流攔河控導(dǎo)工程，使渭河主河槽南移，距離石川河口400 m～500 m。

4.2 中水流量工程措施

1）石川河斷面至23#丁壩斷面原主河槽疏浚恢復(fù)工程：為了遵循原有中小水條件下的控導(dǎo)線，恢復(fù)1992 年以前渭河的主河槽，需對已回淤的老河槽進(jìn)行疏浚恢復(fù)，預(yù)估疏浚長度2.5 km（改道疏浚2 km，嫩灘疏浚0.5 km）。地下水位以上采取開挖方式，地下水位以下采取水力沖填方式。

2）南岸23#丁壩上下游彎道加固控導(dǎo)工程：因渭河主河槽改道影響，在南岸23#丁壩斷面附近，渭河主流與原治導(dǎo)線幾乎成90°沖刷，加之采沙影響，原有工程措施破壞嚴(yán)重，在南岸23#丁壩上下游需恢復(fù)和修建中水條件下加固控導(dǎo)工程。

4.3 小枯水流量工程措施

1）24 #丁壩斷面至攔河潛壩渭河主河槽小枯水流量控制工程：控制中水條件下，在24#丁壩斷面至攔河潛壩河段的主河槽內(nèi)，通過兩岸修筑和改善原有低潛丁壩工程措施，建造相當(dāng)于固定的人工渠道的辦法和攔河低堰共同起作用抬高小枯水徑流水位，來進(jìn)一步縮小小枯水流量過流斷面。

2）飛沙堰（沖沙閘）工程（攔河潛壩）：充分利用彎道環(huán)流水沙分離原理解決進(jìn)水閘引水與攔河潛壩攔水對水沙分離帶來的矛盾問題，采用修建潛水飛沙低堰措施（可帶沖沙閘），達(dá)到“水沙分離、攔沙引清、沖沙不淤”的目的。

4.4 渭河石川河口到交口樞紐進(jìn)水閘段北岸濕地公園工程

通過疏浚老河槽、截堵現(xiàn)狀主河槽、固化北岸中水主河槽的整體方案下，利用截堵后留棄的現(xiàn)狀主河槽，以及疏浚老河槽的土方修建渭河石川河口到交口樞紐進(jìn)水閘段北岸濕地公園工程。

4.5 渭河石川河口到交口樞紐進(jìn)水閘段南岸主河槽邊巡查搶險通道工程

現(xiàn)狀渭河交口樞紐河道治理工程在南岸修建時，限于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)條件未修建巡查搶險通道，給后來的巡查管理和日常維護(hù)帶來極大的不便，沿著南岸主河槽邊修建允許淹沒的巡查搶險通道，進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠不?/p>

4.6 一期進(jìn)水閘更新改造工程

交口樞紐進(jìn)水閘一期工程自1963 年投入運行已57 a，即將達(dá)到原設(shè)計使用年限，結(jié)合解決小枯水流量引水問題，一并解決進(jìn)水閘在小枯水流量條件下的引水和攔沙問題。