民生引水枢纽除险加固工程布置研究

2013-01-23杨波

陕西水利 2013年4期

关键词：进水闸泄洪闸溃坝

杨波

（新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院新疆乌鲁木齐 830002）

1 工程概况

民生引水枢纽始建于1987年，1989年投入运行。民生引水枢纽是巴楚县最重要的引水枢纽，以灌溉为主，兼顾防洪。

引水枢纽位于叶尔羌河中下游冲积平原上，工程设计控灌面积72.7万亩，设计引水流量127m3/s，加大引水流量150m3/s，还担负着红海、卫星、邦克尔、草龙水库蓄库的任务。

本灌区规划年（2015年）控制灌溉面积72.7万亩，根据灌溉水利用系数和设计灌水率，经计算，本枢纽设计引水流量为137m3/s，加大流量为150m3/s。

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（S L 252—2000）规定，民生引水枢纽工程规模为大（2）型工程，工程等别为Ⅱ等。工程建筑物设计标准：永久性主要建筑物按2级设计，次要建筑物按3级设计，临时建筑物按4级设计。本工程永久性水工建筑物的洪水标准：设计洪水标准为30年一遇（P=3.33%），相应洪峰流量Q设计=1865m3/s，校核洪水标准为100年一遇（P=1%），相应洪峰流量Q校核=2015m3/s。施工导流按10年一遇（P=10%）洪水标准，施工导流流量为840m3/s。

2 工程现状总布置

工程现状由进水闸、冲沙闸、泄洪闸及拦河砂坝等四部分组成，位于河道引水弯道的凹岸，从河岸左侧向右侧依次排列。进水闸为4孔，其中民生渠进水闸2孔，色力布亚进水闸及巴楚总干渠进水闸各1孔，单孔净宽7m，闸底板高程为1159.1m。冲沙闸为2孔，每孔净宽7m；泄洪闸5孔，单孔净宽7.5m，闸底板高程均为1158m。

本次在原枢纽基础上对进水闸、泄洪、冲沙闸进行改建加固，对现状建设标准较低的拦河坝和溃坝拆除重建，结合地形新增泄洪闸。

3 除险加固方案

本次除险加固在原闸址处进行，充分利用已有建筑物布局，对不满足要求的老闸部分进行局部改建，并在原泄洪闸右侧新增泄洪闸7孔，溃坝160m，以提高引水枢纽的防洪、冲沙能力，加大枢纽泄洪能力。

目前4孔进水闸和2孔冲沙闸位于人工弯道尾端，5孔泄洪闸位于人工弯道右侧，新增泄洪建筑物只能紧临原有泄洪闸右侧布置在河道上，与进水闸呈八字型布置，新建溃坝段位于新建泄洪闸右侧。利用人工弯道引水，正面泄洪，是比较理想的枢纽布置形式。

根据工程现有枢纽的布置情况和水力计算结果，本次枢纽除险加固内容大致可分为四部分：

（1）对枢纽上下游两侧护岸进行加固，新增设上下游导流堤。

枢纽上下游基本未做护岸工程和导流堤工程，因河床质为低液限粉土、粘土，引水枢纽又位于河道引水弯道处，河水对其顶冲严重，已有的河道护岸也存在破损严重，超高不足等问题。本次除险加固拟在新增建筑物上下游河岸设置护岸和导流堤，对已有破损的护岸进行维修加固，对老闸上下游缺失的护岸及导流堤补充完善。

（2）通过水力计算，需加高泄洪闸闸墩，重建其闸前铺盖，拆除重建进水闸、冲沙闸、泄洪闸闸后交通桥。

（3）新建泄洪建筑物满足设计洪水、校核洪水情况下枢纽的泄洪能力。

（4）确定枢纽的运行方式：当河道来洪峰流量为Q=1340m3/s时，由原进水闸、原泄洪闸及新建泄洪闸控制泄洪；洪峰流量Q=2015m3/s时也由上述各闸控制泄洪。

4 新增拦河建筑物布置

4.1 新增拦河建筑物选址

新址可选择在老泄洪闸右侧及老临时拦河坝之间的河段内修建。

新址选择在老泄洪闸右侧有以下优缺点。优点:①闸址靠上游，与进水闸、冲沙闸、老泄洪闸在总体平面布置上较紧凑，将水流集中在进水闸上游，保证下游灌溉；②位于河道主流区，便于泄洪；③与现有建筑物结合紧凑，便于运行管理，减少永久管理道路及自动化设施投资；④便于水位壅高及冲沙；⑤布置时考虑了保证稳定河宽的因素。缺点：施工场地狭窄，施工难度略大。

综合考虑，将新址选在拦河砂坝上游265m，靠老泄洪闸位置处。

4.2 工程布置型式方案比选

本工程在枢纽新增建筑物的布置型式上采用四个方案进行比选：方案一（全闸方案），方案二（闸+溃坝方案），方案三（潜孔闸+溃坝方案），方案四（溢流堰方案）。

4.2.1 各方案工程总布置

（1）方案一：全闸方案

其各闸过流能力详见表1。

由泄洪闸和上、下游导流堤等部分组成，泄洪闸位于河道左岸，天然弯道的凹岸，泄洪闸为11孔，每孔净宽10m，闸底板高程1158.0m，泄洪闸底板为无底坎的宽顶堰，消能方式为底流式消能，防冲型式为垂直的防冲墙。为防止闸基地震液化，闸室基础采用围封结构，在闸墩上下游及每道闸墩下设置一道厚0.5m、深8m的槽孔混凝土薄墙，形成围封结构。

此方案需设置导流堤上游左岸长310m，上游右岸长420m，下游左岸长240m，下游右岸长200m。拦河土堤长700m。上下游导流堤顺河道弯道布置，导流堤迎水面采用15 cm厚的C 20砼护坡板，基础为槽孔砼，上下游导流堤基础深度12m。拦河土堤采用砼护面，无基础。

（2）方案二：闸+溃坝方案

该方案由7孔开敞式泄洪闸及160m长溃坝段组成。

7孔闸每孔净宽10m，闸底板高程为1158m。泄洪闸底板为无底坎的宽顶堰，消能方式为底流式消能，防冲型式为垂直的防冲墙。为防止闸基地震液化，闸室基础采用围封结构，具体形式同全闸方案。

溃坝段由固定堰和子堰两部分组成，固定堰顶高程1160.0m，子堰顶高程为1163m，固定堰基础为框架结构，上下游各设置一道灌注桩，靠下游一侧设置一道水泥搅拌桩。固定堰顶部为砼梁板结构。子堰为土堤，上游由编织袋装土护砌。上游边坡1∶2.5，下游边坡1∶2。

该方案各闸过流能力详见表2。

本方案需设置砼护坡导流堤上游左岸长310m，上游右岸长200m，下游左岸长190m，下游右岸长180m。闸和堤之间的砼护坡导流堤长450m。拦河土堤长550m。导流堤及拦河土堤形式同全闸方案。

方案三：潜孔闸+溃坝方案

此方案由16孔潜孔闸及172m溃坝段组成。考虑该方案主要目的是减少过闸单宽流量。

校核洪水位时新建泄洪闸过流660m3/s，闸底板高程1158m，闸孔净宽5m，设16孔，孔口高度2m，闸带胸墙高度4.0m。需设置一道拦污栅、检修闸门及工作闸门，闸门采用平板钢门。

该方案需设置砼护坡导流堤上游左岸长310m，上游右岸长200m，下游左岸长240m，下游右岸长200m。闸和堤之间的砼护坡导流堤长460m。拦河土堤长550m。形式同前。

方案一、方案二及方案三的消能计算详见表3。

方案四：溢流堰方案

该方案由溢流堰、上下游导流堤等部分组成。因堰上水头只有0.1m，若在校核水位下过堰流量满足1415m3/s，需要修建5km的溢流堰，显然不合理，此方案不可行。

表1 全闸方案不同工况各闸过流能力汇总表

表2 闸+溃坝方案不同工况各闸过流能力汇总表

表3 方案一～方案三消能计算汇总表

4.2.2 方案比较

（1）全闸方案的优缺点

优点：可以灵活开闸泄水排除上游淤积的泥沙；可利用闸门灵活调节水位和流量，调整上游河道主流方向，保证引水。

缺点：①经验表明拦河闸方案对大流量适应性较好，而在造床流量和常遇洪水情况下适应性较差；②闸孔数及启闭机相对多，不利于闸门的启闭运行管理，闸室的工程量也最大；③工程造价相对较高，投资为8927万元。遇超标准洪水时，会造成闸枢纽整体破坏，无法控制。

（2）闸+溃坝方案的优缺点

优点：①减少了新建闸孔数，可减少自动化控制的工作，在日常管理上较为方便；②在常遇洪水及25年一遇洪水频率之间，采用闸来控制，可以灵活调节水位和流量，并调整上游河道主流方向，保证引水；③在遭遇25年一遇洪水以上时，超过1340m3/s流量以上部分将通过溃坝上的子堰来泄洪，其160m的溃坝段可解决阿尔塔什水库完工前的近十年内，因无水库调洪削峰，实际的同频率洪水比本项目（考虑阿尔塔什水库建成后）设计洪水流量大的问题；④遇超标准洪水时，可通过溃坝段泄洪；⑤闸溃坝结合方案总宽度较大，没有过分缩窄河道，引水防沙效果较好，对大流量和小流量的适应性较强，运行安全。此方案投资为8231万元。

缺点：设置溃坝会造成坝前常年淤沙，溃坝使用时需投入大量人力物力，项目区土质较轻，不易封堵，溃坝时灌溉闸引不上水，影响灌区的农业灌溉。坝顶无交通设施，不利于今后防洪和工程维护，且运行费较高。

（3）潜孔闸+溃坝方案优缺点

优点：相对开敞式泄洪闸，该方案闸后单宽流量稍低，防冲设施深度相对较浅。

缺点：为满足过流能力及减小单宽的目的，该方案需设置较多的闸孔数，需减小闸孔高度，由于叶尔羌河汛期浮木及树枝等漂浮物较多，容易淤堵。此方案投资为8426万元。

（4）溢流堰方案的优缺点

优点：运行管理方便；单宽流量较小，可减少下游消能防冲工程量。在超标准洪水来临时，可以从堰上泄流，保护闸体。

缺点：①经过多年运行堰前淤积的泥沙往上游延伸会导致上游河道有往左岸移动的趋势；②当堰前淤平后，进水闸即处于无坝取水的工作状态；③上游河床淤高后，引起回水范围内水位抬高；④由于该枢纽位于平原区，低水头引水，在满足过流的情况下，堰宽太宽，该段河道无法布置，且极不经济。投资太高，投资为10117.06万元。