某渠首除險加固樞紐布置方案比選

于志昂

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100)

0 引言

三眼泉引水渠首1984年建成并投入運行，渠首運行日久，現溢流堰及其消能設施已完全破壞，沖沙閘、引水閘尺寸過小，閘前淤積，閘室結構存在安全隱患，沖沙閘和引水閘閘后消能防沖設施布置不合理，閘門及啟閉機已報廢。建筑物結構老損破壞嚴重，不能發揮應有的社會效益，存在重大安全隱患，經評定渠首為四類閘，需要對三眼泉渠首拆除重建。針對三眼泉渠首除險加固工程，對樞紐布置的三種方案進行比選，優選出適合的布置方式，對區域內類似工程提供借鑒。

1 工程基本情況

三眼泉渠首站位于龍王廟水庫上游約2.00～3.00 km處河谷內，距縣城約8.00 km的木壘河上游出山口處，該渠首是一座集引水、排砂、泄洪為一體的攔河閘壩式引水工程。控制灌溉面積0.43萬hm2，引水流量為2.90 m3/s，渠首區最高氣溫36.90℃，最低氣溫-31.70℃，最大凍土深度1.40 m，最大積雪深度41.90 cm，多年平均年降水量315.70 mm。渠首工程為Ⅲ等中型，其主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別4級，臨時性建筑物級別5級。閘址區出露地層巖性主要為第四系卵礫石層及石炭系上統凝灰質砂巖，其中凝灰質砂巖呈薄-中厚層狀結構，屬堅硬巖，抗風化能力強，強度較高，河床左岸依托于Ⅱ級階地階坡，邊坡穩定。右岸：山體表層多被第四系坡積物覆蓋，局部基巖出露，巖層傾向下游，偏向岸里，邊坡穩定。場區地震動峰值加速度值0.20 g，對應地震基本烈度為Ⅷ度。

2 渠首布置方案擬定

根據閘址區的地形地質條件、樞紐布置、工程施工和工程投資等因素擬定了三種方案。

2.1 攔河閘式布置

渠首由泄洪閘、沖砂閘、引水閘及導流堤等組成。引水閘布置于最右側(河道東岸)。根據河道水流及飲水和沖砂需求，引水閘閘室軸線與沖砂閘成6°夾角。閘室長度14.00 m，布設單孔，孔凈寬2.00 m，總寬度為3.20 m。泄洪閘和沖砂閘位于引水閘左側布置(河道西岸)，泄洪閘凈寬26.00 m，總寬31.60 m，共分為4孔，單孔凈寬6.50 m；底板高程1 388.70 m，閘室段長14 m；沖砂閘凈寬6.00 m，總寬8.40 m，共分為2孔，單孔凈寬3.00 m，閘底板高程1 387.20 m，閘室長度為14.00 m，閘墩頂部高程為1 393.70 m。在引水閘和泄洪閘前設置曲線導砂坎，引導水砂流向沖砂閘。

2.2 底欄柵式布置

渠首由底攔柵壩、泄洪沖砂閘、溢流壩、導砂坎及導流堤等建筑物組成。底欄柵引水廊道布置于河道最右側(河道東岸)，便于和下游輸水干渠連接。引水廊道設在壩體內，設計取水流量3.80 m3/s，引水廊道布置2排，每個廊道寬度2.00 m廊道，廊道垂直于水流方向長5.00 m，柵條順河道水流方向布置，柵面向下游傾斜，底坡i=0.10，柵條采用梯形型鋼，頂寬14.00 mm，底寬6.00 mm，高40.00 mm，間隙8.00 mm。引水廊道右岸設引水閘控制室，引水閘閘室垂直于泄洪閘布置，閘室長2.00 m，寬6.00 m，兩孔，每孔凈寬2.00 m。溢流壩布置于最左側，采用WES堰，且無閘控制，堰頂高程為1 390.10 m，堰凈寬為20.50 m、堰高為2.40 m。

沖砂閘位于底欄柵引水廊道和溢流壩中間，位于河道主流一側，沖砂閘閘室采用整體開敞式鋼筋混凝土結構。閘底板高程1 387.70 m，閘室段長11.00 m、凈寬6.00 m，總寬8.40 m，共分為2孔，單孔凈寬3.00 m，閘墩頂高程為1 394.20 m。同樣在底攔柵和溢流堰前修建導砂坎，方便沖砂。

2.3 攔河閘壩式布置

渠首由引水閘、沖砂閘、溢流壩、導砂坎及導流堤等建筑物組成。溢流壩布置于河道西岸，采用WES堰，且無閘控制，堰頂高程為1 390.20 m。沖砂閘在溢流堰右側，沖砂閘閘室采用整體開敞式，閘底板高程1 387.20 m。引水閘布設于沖砂閘右側，根據閘室的地形條件，引水閘與沖砂閘成9°角度布設，閘室段長為12.00 m。導砂坎修建在引水閘前端，將水沙導向沖砂閘。

3 方案比選

通過對攔河閘式、底欄柵式及攔河閘壩式進行了同等深度的比較論證工作，三種方案的工程布局是一致地具體細部比選詳見表1。

表1 樞紐布置比選比較表

3.1 工程布置

根據閘址處地形條件，河床寬度為45.00 m較窄，對于攔河閘壩式布置形式而言，布置形式較單一。對于底欄柵式樞紐布置形式，建筑物種類較多，底欄柵壩上裝有金屬柵欄，結構較復雜，底欄柵式樞紐布置形式較為復雜。對于攔河閘式來說，閘門孔數較多，布置結構復雜，因此從工程布置來看攔河閘壩式樞紐布置形式較優。

3.2 引水條件

攔河閘式樞紐布置基本不改變樞紐上下游河道的形態，即可壅水沉沙，又可以開閘泄水沖沙，能靈活地調節水位及流量，閘門的啟閉來調整上游河道主流的方向，取水口始終保持良好的引水條件。但閘門孔數較多，調度運行不易操作。

底欄柵式樞紐布置細砂易進入廊道，柵條空隙易被推移質或懸浮物堵塞，經常需要處理，引水條件較差。

攔河閘壩式樞紐布置，由于引水口左岸布置兩小孔沖砂閘，能靈活地調節水位及流量，保證引水口的引水量，引水能得到保證。

從引水條件上，攔河閘壩式樞紐布置行較優。

3.3 沖沙效果

攔河閘式樞紐布置，采用攔河閘壅水，引水防沙效果較好，它既適用于上有河道為砂卵石河床的情況，也適用于中游砂礫河床，即可蓄水灌溉，又可以開閘泄水排沙，可排除上游壅水段淤積的泥沙，沖排沙能力強。

底欄柵式樞紐布置細砂易進入廊道，需要在引水干渠設置排沙道或沉砂池排入原河道。與攔河閘直接開閘泄水排沙相比效果較差，沖排沙能力弱。

攔河閘壩式樞紐布置溢流堰右岸布置小孔沖砂閘，用于河道小流量沖砂，防沙能得到保證，沖砂效果較好。

3.4 運行管理

攔河閘壩式樞紐布置運行安全，管理方便；底欄柵式樞紐布置柵條空隙易被泥沙或懸浮物堵塞，若洪水中帶有巨石，可能會破壞柵條，需要經常現場檢查維修柵條，冬季柵條易為冰屑堵塞。經常需要人工處理，管理相對復雜。攔河閘式樞紐布置閘門孔數較多，閘門孔數較多，運行管理復雜。

3.5 投資

工程總投資：攔河閘式樞紐布置方案為1 770.07萬元，底欄柵式樞紐布置方案為1 833.36萬元，攔河閘壩式樞紐布置方案為1 068.52萬元，攔河閘壩式樞紐布置較攔河閘式、底欄柵式樞紐布置方案節省投資701.55萬元、764.84萬元，攔河閘壩式投資較小，并且攔河閘壩式引水樞紐布置形式緊湊，結構簡單，沖沙效果良好。

4 結語

通過對三種方案進行工程布置、引水條件、沖砂效果、運行管理以及投資的比較，方案三(攔河閘壩式)具有布置簡單、樞紐工程量較小、引水條件好、河道小流量沖砂效果較好，較一、二方案減少工程投資702.00～765.00萬元，且后期運行管理方便、安全，故采用攔河閘壩式取水樞紐作為除險加固布置方案的最終選擇。