別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對截流的影響分析

胥細望

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程背景

別迭里水電站工程，位于新疆維吾爾自治區克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿合奇縣庫蘭薩日克鄉境內的托什干河上。工程區介于北緯40°56′～41°05′、東經78°31′～78°46′之間，海拔高程1710 m～1940 m。攔河閘位于最大支流玉山古西河與托什干河匯合口下游900 m處，距阿合奇縣城8km。引水渠道在左岸山前沖洪積坡上基本沿等高線延伸，直到克孜勒蘇柯爾克孜自治州與阿克蘇地區的界河-別迭里河右岸后拐彎，壓力前池、壓力鋼管、廠房、泄水槽及尾水渠等相繼分布于由北向東南傾斜的山坡上。攔河引水樞紐中部為引水閘和泄洪沖沙閘，左右兩側為擋水壩。壩頂高程1936.70 m，防浪墻頂高程1937.90 m。左岸壩長201 m，直線布置；右岸壩長206.5 m，弧線布置，最大壩高9.7 m。擋水壩壩體采用砂礫石填筑，上游面采用土工膜防滲，壩坡采用漿砌石砌筑，坡比1∶2.5；下游壩面采用干砌石砌筑，坡比1∶2.0。

2 地質條件及模型設計

2.1 攔河閘地質條件

攔河閘(壩)地基為第四系全新統沖洪積砂卵礫石(Q4al+p1)，表層2 m～4 m以下分布有厚10 m～13 m的硬結砂礫石層，下伏基巖為中石炭統比京他烏組(C2b)灰巖、石英質砂巖，左岸土石壩段與攔河閘段其埋深40 m～50 m，右岸土石壩段因臨近右岸山體，基巖面逐漸抬升至0～18 m。

Q4al+p1基地承載力建議值0.30 MPa～0.35 MPa，砼與基礎摩擦系數為0.40～0.45。攔河閘(壩)地基砂卵礫石層未發現有分布連續穩定的軟弱下臥層，天然地基土質較為均一，相同荷載下，發生地基不均勻沉陷的可能性不大。閘室地基可能發生的滲透變形破壞類型為管涌。河床Q4al+p1砂卵礫石層粒徑>5 mm顆粒含量在70%以上，未發現有一定厚度且分布連續的砂性土層。初步判斷，在Ⅶ地震烈度情況下，閘(壩)址區Q4al+p1砂卵礫石屬不液化土。因閘址區地表2.0 m～4.0 m以下發育有厚度10 m～13 m的硬結砂卵礫石層，可視作為相對隔水層。

2.2 模型設計

別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對截流影響的試驗采用正態整體-局部動床模型，并根據重力相似原則進行模型設計，所設計模型必須與原型具有幾何相似、水流運動相似、動力相似等特征。根據別迭里水電站截流度汛具體要求及河道河段特征，將模型比尺設計為1∶55，模型起點位于導流洞進口上游455 m處，終點在導流洞出口下游850 m處，模型長度為1590 m，見圖1。

圖1 別迭里水電站攔河閘圍堰殘埂對截流影響模型的平面布置

3 試驗結果分析

別迭里水電站攔河閘工期緊且爆破不完全，其圍堰難以拆除至預定高程，根據類似工程施工經驗，應通過不同圍堰殘埂組合的對比試驗，進行攔河閘圍堰殘埂對攔河閘泄流能力、龍口水力參數、截流拋投材料等影響的分析。

3.1 圍堰殘埂影響泄流能力的分析

分析攔河閘進出口圍堰殘埂情況對泄流能力的影響時，比較了以下四種工況組合：(1)工況一：攔河閘進出口無殘埂；(2)工況二：攔河閘進口2.0 m殘埂，出口無殘埂；(3)工況三：攔河閘進口無殘埂，出口2.0 m殘埂；(4)工況四：攔河閘進出口各存在2.0 m殘埂。具體觀測結果見表1。

表1 戧堤上游水位情況對比 單位：m

根據攔河閘進出口圍堰殘埂不同工況下戧堤上游水位情況對比可知，攔河閘進出口殘埂對攔河閘泄流能力存在較大影響：在流量相同情況下，進出口圍堰殘埂對攔河閘泄流能力的影響由大至小依次為進出口各2.0 m殘埂、進口2.0 m殘埂、出口2.0 m殘埂、進出口無殘埂，也即攔河閘進口圍堰殘埂對其泄流能力影響更大，而出口圍堰殘埂對其泄流能力影響相對較小，所以，應當盡快將攔河閘進口處施工圍堰殘埂拆除至設計高程。對于圍堰殘埂組合情況，隨著截流流量的增大，攔河閘泄流能力受進出口圍堰殘埂的影響逐漸減弱，且當截流流量達1700 m3/s時，其影響已十分微弱，可忽略不計。當截流流量分別為330 m3/s、432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s時，攔河閘進出口各存在2.0 m圍堰殘埂的工況下，戧堤上游水位比進出口無殘埂的工況分別升高0.50 m、0.48 m、0.45 m、0.14 m。

3.2 圍堰殘埂影響龍口水力參數的分析

攔河閘圍堰殘埂主要影響合龍段龍口速度、單寬流量等水力參數，并使截流施工難度和施工質量控制的不可預見性大大增加。選取截流流量432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s時攔河閘進出口無圍堰殘埂(工況一)和進出口各存在2.0 m殘埂(工況二)的工況進行對比分析，其合龍段龍口水力力學參數結果見表2。

表2 圍堰殘埂對龍口水力力學參數的影響結果

根據所進行的圍堰殘埂對龍口水力力學參數影響結果的對比分析可知，在截流流量分別為432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s且攔河閘進出口各存在2.0m殘埂的工況下，截流戧堤上游水位比進出口無殘埂工況下增加0.03 m～0.34 m，戧堤落差增加0.06 m～0.45 m，龍口最大流速增加0.23 m/s～0.89 m/s。可見，攔河閘進出口各存在2.0 m殘埂時，殘埂對龍口水力力學參數的影響程度更大。在同一工況下，隨著截流流量的增大，龍口水力力學參數取值順次增大，也意味著截流難度的增大。當截流流量取695 m3/s時，其所對應的龍口水力力學參數的增量值均最大，攔河閘圍堰殘埂對龍口水力力學參數的影響也最為顯著。

根據上述分析，攔河閘圍堰殘埂會不同程度的增大截流難度，當截流流量取695 m3/s時，對截流難度的影響最大，為此，應當重點加強該流量及所對應工況下攔河閘圍堰殘埂的分析與控制。

3.3 圍堰殘埂影響截流拋投材料的分析

攔河閘圍堰殘埂的存在使截流進占過程中的戧堤落差及龍口段流速增大，所以，對截流時所使用的拋投材料也會產生相應的影響，對影響程度的統計分析見表3。由表中結果可知，在截流流量相同的情況下，攔河閘圍堰進出口各2.0 m殘埂工況下對拋投材料的使用量比進出口無殘埂工況大；拋投石料流失程度也隨使用量的增加而增大。當截流流量為432 m3/s時，在進出口有殘埂和無殘埂兩種工況下，攔河閘圍堰殘埂對截流拋投材料沖砂的影響不大，對邊坡無明顯沖刷，隨著截流流量的持續增大，沖刷程度和拋投材料流失程度不斷增加。當截流流量為860 m3/s時，不論攔河閘圍堰進出口有無殘埂，邊坡均遭全部沖刷，拋投石料流失量在石料總量中均占比15%，對戧堤施工安全及施工質量控制存在十分不利的影響，為此，必須加強棄渣岸坡的預進占保護處理。

表3 攔河閘圍堰殘埂對截流拋投材料沖砂的影響

4 結論

本文分析結果表明，別迭里水電站攔河閘出口圍堰殘埂對攔河閘泄流能力存在一定影響，特別是泄流量較小的情況下這種影響越明顯，隨著泄流量的持續增大，出口圍堰殘埂的影響也逐漸下降，當泄流量增大至1700 m3/s及以上時，出口圍堰殘埂對攔河閘泄流能力的影響已經很小，甚至可以忽略不計。而別迭里水電站攔河閘進口圍堰殘埂對攔河閘泄流能力的影響相對較大，且進出口各存在2.0 m殘埂工況在對龍口水力參數及對截流拋投材料沖砂等方面的影響均比進出口無殘埂工況大。此外，當攔河閘進出口均有圍堰殘埂時，截流拋石材料使用量和流失量均增大，并當截流流量為860 m3/s時，河岸棄渣材料已全部遭沖刷，并嚴重威脅到戧堤施工進度與安全，為此，筆者建議，應當將攔河閘進口處圍堰殘埂拆除至設計高程，并通過預進占以加強對岸坡棄渣的保護。