新源縣南岸大渠引水樞紐工程除險加固方案比選分析

楊慧蕓

(新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，新疆 伊寧 835000)

1 工程概況

新源縣南岸大渠引水樞紐工程位于新源縣境內(nèi)，工程興建于20世紀(jì)70年代，隨即正式投入運行。工程控制灌溉面積2.08萬hm2。工程為攔河式引水樞紐，樞紐建筑物由泄洪沖沙閘、南岸大渠進(jìn)水閘、溢流堰、上下游整治段、交通橋等組成。經(jīng)歷數(shù)次洪水，泄洪閘閘后整治段護(hù)坦底部沖刷損壞嚴(yán)重，沖刷面向閘墩底部延伸。泄洪閘前部閘墩出現(xiàn)不同程度的石塊脫落及裂縫，閘門底部沖刷損壞嚴(yán)重，消力池表面損壞嚴(yán)重，經(jīng)鑒定急需對該工程進(jìn)行除險加固處理。本次除險加固的目的是修建渠首，引水灌溉，改善草原生態(tài)環(huán)境，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)糧食生產(chǎn)基地，節(jié)水改造農(nóng)田，保證灌區(qū)供水，為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》[1](GB 50288—2018)和《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[2](SL 252—2017)有關(guān)規(guī)定，本樞紐工程過閘流量設(shè)計為244 m3/s，故確定本工程等別為Ⅲ等中型工程。根據(jù)1/400萬《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[3](GB 18306—2015)，工程區(qū)處在地震峰值加速度為0.2 g 的區(qū)域內(nèi)，其對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度區(qū)，設(shè)防烈度為Ⅷ度。

2 工程布置方案

2.1 方案一：全閘式引水渠首改建方案

在原有閘址處改建一座全閘式引水渠首。引水渠首主要建筑物有：泄洪閘、沖沙閘、南岸進(jìn)水閘、上下游整治段和下游防沖槽等。

泄洪閘閘室段長12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)5孔，單孔寬8.0 m，中墩厚1.2 m，邊墩厚1.0 m。閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。每孔設(shè)有一道弧形工作門和一道檢修門。沖沙閘閘室段長12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)1孔，單孔寬4.0 m，邊墩厚1.0 m。閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。每孔設(shè)有一道弧形工作門和一道檢修門。泄洪閘及沖沙閘共6孔，閘室采用三孔一聯(lián)的整體式，沖沙閘及緊鄰的2孔泄洪閘為一體，剩余的3孔泄洪閘為一體。閘室采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。泄洪閘及沖沙閘上游海漫長15.0 m，海漫首端寬64.0 m，末端寬50.8 m，縱坡1/120采用0.3 m 厚C20現(xiàn)澆混凝土。閘室下游為護(hù)坦、防沖墻，護(hù)坦采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。防沖墻：位于護(hù)坦末端，為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，采用C20F250W6現(xiàn)澆混凝土。進(jìn)水閘布置在右岸，采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)水閘后布設(shè)消力池，為矩形池，采用C25F200W6鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

2.2 方案二：閘堰結(jié)合式引水渠首改建方案

引水渠首主要建筑物有：中部泄洪沖沙閘、北側(cè)側(cè)堰、南岸進(jìn)水閘、上下游整治段和下游防沖槽等。

泄洪沖沙閘室段長12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)3孔，單孔寬8.0 m，閘墩厚1.2 m，閘孔總凈寬26.4 m。泄洪閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。泄洪閘設(shè)有一道弧形工作門。閘室采用三孔一聯(lián)的整體式，采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。泄洪沖沙閘北側(cè)設(shè)置溢流側(cè)堰，堰體為梯形實用堰布置，與泄洪閘一條直線布置，堰長70.0 m，堰頂高程1088.0 m，較泄洪沖沙閘底板高2.0 m。側(cè)堰迎水面坡度1∶1,堰頂寬2.0 m，下游側(cè)坡度1∶2，堰表層采用30 cm厚C25F200W6鋼筋混凝土，下部為C25現(xiàn)澆混凝土砌卵石，堰后接20.0 m護(hù)坦，護(hù)坦為30 cm厚C25F200W6鋼筋混凝土，護(hù)坦底部設(shè)5 cm厚水泥砂漿找平層，護(hù)坦末端設(shè)擋土墻，深5.0 m。南岸進(jìn)水閘與沖沙閘成30°布置，進(jìn)水閘室及進(jìn)口擋沙坎均采用C25F200W6現(xiàn)澆混凝土。進(jìn)水閘后布設(shè)消力池，采用C25F200W6鋼筋混凝土現(xiàn)澆。設(shè)計池長10.0 m，池深0.5 m，池寬12.5 m，消力池深度3.0～2.0 m漸變。

2.3 工程布置方案比選及分析

工程方案比選詳見表1。

表1 方案比選

(1)工程布置比較。兩座渠首地質(zhì)條件相同，渠首建筑物基礎(chǔ)均為河床沙礫石層，均適合建閘。全閘式引水渠首，改建泄洪閘5孔8.0 m寬，改建沖沙閘1孔4.0 m寬，工程布置緊湊，泄洪靈活，沖沙方便，一般不存在閘前淤積問題，運行簡單。閘堰結(jié)合式引水渠首主體泄洪建筑物為泄洪閘、沖沙閘和溢流堰，泄洪閘閘室為3孔8.0 m寬，沖沙閘1孔4.0 m寬，溢流側(cè)堰位于攔河閘北側(cè)，堰長70.0 m，主體建筑物布置相對松散。由于閘堰結(jié)合式引水渠首泄洪閘規(guī)模小，溢流堰承擔(dān)相當(dāng)大的泄洪壓力，在溢流堰前容易形成淤積，如不及時清理，淤積可能超過堰頂，影響上游整治段和溢流堰過洪能力。泄洪閘規(guī)模小，洪水期利用洪水排沙的能力低，必須采用人工清理上游整段淤積泥沙，運行成本增加較多。從工程布置比較分析，全閘式引水渠首方案明顯優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(2)水力消能條件。閘堰結(jié)合式引水渠首上游整治段寬度增加，必定減緩上游整治段過水流速，上游整治段泥沙淤積將較現(xiàn)狀更為嚴(yán)重，影響上游整治段過洪，大洪水時經(jīng)常翻過上游整治段岸堤。下游沖刷嚴(yán)重，原有的下游防沖槽深隔墻深4.0 m，在1998年洪水時水毀。

全閘式引水渠首除險加固方案較閘堰結(jié)合式引水渠首整治段寬度小，且上游整治段過水流速增加較大，水流挾沙能力就加大，整治段泥沙淤積將得到治理。

從渠首水力消能條件分析全閘式引水渠首除險加固方案優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(3)工程施工。閘堰結(jié)合式引水渠首方案，因為有70 m的溢流堰，施工相對分散且施工工藝相對簡單。全閘式引水渠首除險加固方案，完全靠機械施工。整個樞紐主體施工多為混凝土工程，上、下游整治段、泄洪沖沙閘、進(jìn)水閘、防沖槽相互獨立，施工可同時進(jìn)行，施工強度高，進(jìn)度快。

從施工比較全閘式引水渠首優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(4)工程運行管理。根據(jù)我區(qū)眾多閘堰結(jié)合式引水渠首運行情況分析，閘堰結(jié)合式引水渠首由于采用閘堰結(jié)合形式，其泄洪的靈活程度是最高的，對山溪性河流汛期經(jīng)常發(fā)生的陡漲陡落洪水有很強的適應(yīng)能力。即使在汛期大多數(shù)洪水也可安全通過側(cè)堰，不會威脅渠首安全。

但閘堰結(jié)合式引水渠首難以解決泥沙問題，溢流側(cè)堰前和上游整治段泥沙容易淤積，每年需要花費很多人力進(jìn)行清淤，運行維修成本高。

閘堰結(jié)合式引水渠首由于水流條件差，泄洪閘孔口小，總寬度小，過洪單寬流量大，水流對閘墩和閘底板的磨損將很大。同時由于泄洪閘對上游水流的抬升作用明顯，位置水頭高，水能大，對下游護(hù)坦和防沖槽沖刷作用大。渠首的運行維護(hù)必將成為常態(tài)，維修成本高，渠首使用壽命短。

全閘式引水渠首通過配套自動化監(jiān)控系統(tǒng)和防洪預(yù)警系統(tǒng)，加上與上游40 km處那拉提引水渠首實現(xiàn)洪水預(yù)警信息共享，渠首防洪安全程度也將大大提高。由于全閘式引水渠首可根據(jù)河道來水、來沙規(guī)律，主動靈活地控制樞紐運行，利用泄洪閘的部分或全部開啟，壅水沉沙，引用表層水，或泄洪排沙。長期運行基本不進(jìn)行大修，渠首上游基本不產(chǎn)生淤積，維修成本低，使用壽命長。

從工程運行管理比較全閘式引水渠首方案優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

3 結(jié) 論

全閘式引水渠首和閘堰結(jié)合式引水渠首兩種方案從工程布置、水力消能條件、施工、運行管理和工程投資等5方面進(jìn)行綜合比較分析。全閘式引水渠首具有布置結(jié)構(gòu)簡單、工程運行安全程度高、水力條件好、引水水質(zhì)優(yōu)良、對下游河床沖刷影響小、工程施工干擾小、施工速度快、工程運行維修成本低、使用壽命長，配備渠首自動化監(jiān)控系統(tǒng)和防洪預(yù)警系統(tǒng)，渠首防洪安全程度將提高等優(yōu)點。因此選擇全閘式引水渠首作為新源縣南岸大渠引水渠首除險加固推薦方案。