拉斯特引水枢纽改建工程方案对比研究

王 力

（河南省水利勘测设计研究有限公司新疆分公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆地区水资源匮乏，季节性河流在缓解水资源短缺中发挥着重要作用，通常利用下游水库在丰水期补水蓄水以缓解流域枯水期旱情。丰水期河流径流量较大，水库可能遭遇高水位洪水。因而，须在引水的同时采取泄洪措施，防止引水闸损毁。拉斯特引水枢纽是集水库引水、丰水期泄洪以及冲砂于一体的水利设施，但由于年久失修，工程需要改造、重建。

1 工程概况

拉斯特河发源于萨吾尔山脉的木斯岛冰峰，流域地处阿勒泰地区吉木乃县境内，主要由积雪融化和沿途泉水汇集而成，河流径流量呈现显著的季节性变化特征。拉斯特引水枢纽位于科克克也木也尔站下游1 km处，从河道右岸至左岸依次布置进水闸、冲砂闸和溢流堰，是红旗水库的引水渠首，其主要功能是为红旗水库输水。红旗水库承担着下游托普铁列克灌区的灌溉用水、农村及城镇人畜生活用水、农业生态用水。但由于年久失修，水利设施已经不能完全发挥其作用。因此，需要对拉斯特引水枢纽进行改造，提升其引水流量及泄流能力，保证下游灌溉水量，提高其工程经济、社会效益[1]。

2 原有水利设施存在的问题

原有拉斯特引水枢纽工程水利设施由进水闸、冲砂闸和溢流堰组成。进水闸由于年久失修、泥沙淤积以及河流水量增加，孔口尺寸、闸顶高程不能满足引水要求，上下游防冲不符合规范要求；冲砂闸冲砂效果差强人意，泄洪能力不足，闸顶高程不满足要求，上下游防冲不符合规范要求；溢流堰前淤积严重，洪水期河道推移质较多，不能满足泄洪要求。此外，堰后沸砂，堰体基础设置深度较浅、部分堰体出现断裂渗漏。因而，随时间的延续，管涌破坏势必然加剧。另外，原有水闸设施无电器设备和闸房，工程存在严重缺陷。尽管闸门满足强度要求，但启闭机等金属结构锈蚀、老化严重，存在安全重大隐患。

3 改造重建工程方案

原有拉斯特引水枢纽工程进水闸、冲砂闸、溢流堰老旧，溢流堰堰前淤积，堰后冲刷成坑，进水闸和冲砂闸冲刷严重，难以发挥其功能，见图1。重建工程重新复核了引水枢纽的特征水位，并依据引水枢纽现状及计算成果，拟定两种方案：方案一拆除重建方案；方案二新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案。

图1 拉斯特河引水枢纽平面示意图

3.1 拆除重建方案

综合考虑实地地形、地质条件，以及现有引水枢纽结构形式、尺寸、安全系数等因素之后，拟拆除现有的进水闸、泄洪冲砂闸、溢流堰，并在原闸址处新建进水闸、冲砂闸和泄洪闸，并提高闸顶高程。在引水闸前设置挡沙坎，提高引水流量并降低引水的泥沙含量。采用新型水泥和水闸钢材提高水闸的稳定性，并在闸后接消力池、海漫，防止水跃侵蚀引水渠。冲砂闸设计为2孔宽顶堰，每孔净宽3.0 m，采用整体式钢筋混凝土结构，和新型C60F200W6硅粉混凝土现浇，从而提高水闸稳固性。闸前设导砂坎、混凝土铺盖，其中铺盖前设防冲齿墙，闸后接短护坦、软排，末端设防冲齿墙，齿墙上设排水孔。

由于原有溢流堰为直角梯形溢流堰，堰顶高程较高，流量系数较小，且堰前泥沙淤积严重，部分堰底基础破坏，泄洪能力不足且稳固性较差。为此，重建方案拟完全拆除溢流堰，并在原址上新建泄洪闸。泄洪闸设计为3孔宽顶堰，每孔净宽5.0 m，采用整体式钢筋混凝土结构。闸室设检修门、工作门各一道，闸门宽均为5.0 m。检修门采用平面钢闸门结构；工作门采用弧形钢闸门结构，双吊点卷扬式启闭机。闸上设有检修桥、工作桥、交通桥。闸前设混凝土铺盖，铺盖前设防冲齿墙，闸后接短护坦、软排。其中，护坦长20 m，末端设防冲齿墙，齿墙上设排水孔，间距为2.0 m×2.0 m，按照梅花桩排列布置。

3.2 新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案

本套方案仍与上述方案类似，对进水闸和冲砂闸予以拆除重建，增加闸顶高程、采用新材料以增加稳固性。进水闸前增加挡沙坎、闸后接消力池、海漫；冲砂闸前设导砂坎、混凝土铺盖。闸后接短护坦、软排，末端设防冲齿墙，齿墙上设排水孔。在进水闸和冲砂闸拆除重建的基础上，该方案选择改造溢流堰而非拆除重建溢流堰。原溢流堰堰顶宽度0.5 m，堰高3.95 m，长度40 m，类似宽顶堰。本方案将宽顶堰改造为实用堰，增加流量系数。通常，宽顶堰的流量系数小于0.385，而实用堰的流量系数在0.38～0.50之间[2]。改造方案主要是降低堰高，将原有堰顶部去掉35 cm，然后采用C20F200W6混凝土补强，采用C60F200W6硅粉混凝土新增15 cm表层，以抗冲。于此同时，改变堰后的护坦，增加防冲齿墙。从整体上看，堰顶高程降低0.2 m，增强了泄洪能力，且材料强度增加，防洪能力加强。对于破损的堰底基础，采用浆砌石对基础部位补强加固，并在堰后接短护坦、软排，末端设防冲齿墙，齿墙上设排水孔，以降低泄洪水跃对河道下游的冲刷力。

3.3 方案比选

两套方案相比，最大差别是方案一完全拆除了现有溢流堰，改为泄洪闸，而方案二保留了大部分溢流堰基础，将类宽顶溢流堰改成类实用堰形式。从功能上看，方案一和方案二在引水、冲砂功能上类似，只是在泄洪应对方式上存在差异，其中方案一采用泄洪闸泄洪，流量系数高，防泥沙淤积效果好。通过闸门启闭高度的控制，既可以保证水库引水，又可以在丰水期泄洪，但方案二保留了溢流堰，通过改变堰的形式以增加泄洪能力，堰顶高程降低了0.2 m。由于拉斯特河丰水期和枯水期水位相差大，丰水期仅限于春夏融冰期，而枯水期较长，且部分时期内处于断流的状态。堰顶高程的部分降低，增加了水利设施在丰水期的泄洪能力，但不影响工程在枯水期的蓄水能力。在防止泥沙淤积上，由于工程建有冲砂闸，在合理的控制下，可以防止溢流堰前的泥沙淤积。因此，在功能上，两种方案均能达到工程建设要求。

从施工时间上，拆除重建方案混凝土均为新浇筑，施工在时间安排上相对自由，施工工艺上相对简单；新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案进水闸、冲砂闸混凝土均为新浇筑，施工时间也无任何障碍。从经济上比较，由于两种方案均有新建引水闸和冲砂闸成本，总体成本差异只是在溢流堰的新建、改造。方案一拆掉旧有宽顶堰，新建冲砂闸，投资较大，而方案二仅部分地改变堰的形式，对其上部进行处理，并增加防冲齿墙，比新建泄洪闸施工相对简单，投资较省，方案对比见表1。新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案的运行管理方便，避免了泄洪闸需要定期启闭的人力成本，闸门锈蚀更换成本等，运行成本较拆除重建方案低。

表1 方案比选

4 总结

对于季节性河流的引水枢纽工程须具备丰水季泄水、枯水季蓄水的功能。对比分析拆堰建泄洪闸和保留堰底基础、改变堰形式的方案，就功能而言，两种方案均可在河道流量较小时开启冲砂闸，保证进水闸前“门前清”，河道流量较大时可以开启多孔泄洪闸对河道进行冲沙，解决河道和闸前的淤积问题，溢流堰前泥沙淤积通过冲砂闸管理来予以缓解，不影响到渠首的正常运行；对比运行条件，两种方案都比较稳定，但新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案运行成本较低；从投资方面分析，新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案成本较低。通过综合比选，拉斯特引水枢纽改建工程推荐选择新建进水闸、冲砂闸改造溢流堰方案。