别迭里水电站拦河闸围堰残埂对截流的影响分析

胥细望

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程背景

别迭里水电站工程，位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿合奇县库兰萨日克乡境内的托什干河上。工程区介于北纬40°56′～41°05′、东经78°31′～78°46′之间，海拔高程1710 m～1940 m。拦河闸位于最大支流玉山古西河与托什干河汇合口下游900 m处，距阿合奇县城8km。引水渠道在左岸山前冲洪积坡上基本沿等高线延伸，直到克孜勒苏柯尔克孜自治州与阿克苏地区的界河-别迭里河右岸后拐弯，压力前池、压力钢管、厂房、泄水槽及尾水渠等相继分布于由北向东南倾斜的山坡上。拦河引水枢纽中部为引水闸和泄洪冲沙闸，左右两侧为挡水坝。坝顶高程1936.70 m，防浪墙顶高程1937.90 m。左岸坝长201 m，直线布置；右岸坝长206.5 m，弧线布置，最大坝高9.7 m。挡水坝坝体采用砂砾石填筑，上游面采用土工膜防渗，坝坡采用浆砌石砌筑，坡比1∶2.5；下游坝面采用干砌石砌筑，坡比1∶2.0。

2 地质条件及模型设计

2.1 拦河闸地质条件

拦河闸(坝)地基为第四系全新统冲洪积砂卵砾石(Q4al+p1)，表层2 m～4 m以下分布有厚10 m～13 m的硬结砂砾石层，下伏基岩为中石炭统比京他乌组(C2b)灰岩、石英质砂岩，左岸土石坝段与拦河闸段其埋深40 m～50 m，右岸土石坝段因临近右岸山体，基岩面逐渐抬升至0～18 m。

Q4al+p1基地承载力建议值0.30 MPa～0.35 MPa，砼与基础摩擦系数为0.40～0.45。拦河闸(坝)地基砂卵砾石层未发现有分布连续稳定的软弱下卧层，天然地基土质较为均一，相同荷载下，发生地基不均匀沉陷的可能性不大。闸室地基可能发生的渗透变形破坏类型为管涌。河床Q4al+p1砂卵砾石层粒径>5 mm颗粒含量在70%以上，未发现有一定厚度且分布连续的砂性土层。初步判断，在Ⅶ地震烈度情况下，闸(坝)址区Q4al+p1砂卵砾石属不液化土。因闸址区地表2.0 m～4.0 m以下发育有厚度10 m～13 m的硬结砂卵砾石层，可视作为相对隔水层。

2.2 模型设计

别迭里水电站拦河闸围堰残埂对截流影响的试验采用正态整体-局部动床模型，并根据重力相似原则进行模型设计，所设计模型必须与原型具有几何相似、水流运动相似、动力相似等特征。根据别迭里水电站截流度汛具体要求及河道河段特征，将模型比尺设计为1∶55，模型起点位于导流洞进口上游455 m处，终点在导流洞出口下游850 m处，模型长度为1590 m，见图1。

图1 别迭里水电站拦河闸围堰残埂对截流影响模型的平面布置

3 试验结果分析

别迭里水电站拦河闸工期紧且爆破不完全，其围堰难以拆除至预定高程，根据类似工程施工经验，应通过不同围堰残埂组合的对比试验，进行拦河闸围堰残埂对拦河闸泄流能力、龙口水力参数、截流抛投材料等影响的分析。

3.1 围堰残埂影响泄流能力的分析

分析拦河闸进出口围堰残埂情况对泄流能力的影响时，比较了以下四种工况组合：(1)工况一：拦河闸进出口无残埂；(2)工况二：拦河闸进口2.0 m残埂，出口无残埂；(3)工况三：拦河闸进口无残埂，出口2.0 m残埂；(4)工况四：拦河闸进出口各存在2.0 m残埂。具体观测结果见表1。

表1 戗堤上游水位情况对比 单位：m

根据拦河闸进出口围堰残埂不同工况下戗堤上游水位情况对比可知，拦河闸进出口残埂对拦河闸泄流能力存在较大影响：在流量相同情况下，进出口围堰残埂对拦河闸泄流能力的影响由大至小依次为进出口各2.0 m残埂、进口2.0 m残埂、出口2.0 m残埂、进出口无残埂，也即拦河闸进口围堰残埂对其泄流能力影响更大，而出口围堰残埂对其泄流能力影响相对较小，所以，应当尽快将拦河闸进口处施工围堰残埂拆除至设计高程。对于围堰残埂组合情况，随着截流流量的增大，拦河闸泄流能力受进出口围堰残埂的影响逐渐减弱，且当截流流量达1700 m3/s时，其影响已十分微弱，可忽略不计。当截流流量分别为330 m3/s、432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s时，拦河闸进出口各存在2.0 m围堰残埂的工况下，戗堤上游水位比进出口无残埂的工况分别升高0.50 m、0.48 m、0.45 m、0.14 m。

3.2 围堰残埂影响龙口水力参数的分析

拦河闸围堰残埂主要影响合龙段龙口速度、单宽流量等水力参数，并使截流施工难度和施工质量控制的不可预见性大大增加。选取截流流量432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s时拦河闸进出口无围堰残埂(工况一)和进出口各存在2.0 m残埂(工况二)的工况进行对比分析，其合龙段龙口水力力学参数结果见表2。

表2 围堰残埂对龙口水力力学参数的影响结果

根据所进行的围堰残埂对龙口水力力学参数影响结果的对比分析可知，在截流流量分别为432 m3/s、695 m3/s、860 m3/s且拦河闸进出口各存在2.0m残埂的工况下，截流戗堤上游水位比进出口无残埂工况下增加0.03 m～0.34 m，戗堤落差增加0.06 m～0.45 m，龙口最大流速增加0.23 m/s～0.89 m/s。可见，拦河闸进出口各存在2.0 m残埂时，残埂对龙口水力力学参数的影响程度更大。在同一工况下，随着截流流量的增大，龙口水力力学参数取值顺次增大，也意味着截流难度的增大。当截流流量取695 m3/s时，其所对应的龙口水力力学参数的增量值均最大，拦河闸围堰残埂对龙口水力力学参数的影响也最为显著。

根据上述分析，拦河闸围堰残埂会不同程度的增大截流难度，当截流流量取695 m3/s时，对截流难度的影响最大，为此，应当重点加强该流量及所对应工况下拦河闸围堰残埂的分析与控制。

3.3 围堰残埂影响截流抛投材料的分析

拦河闸围堰残埂的存在使截流进占过程中的戗堤落差及龙口段流速增大，所以，对截流时所使用的抛投材料也会产生相应的影响，对影响程度的统计分析见表3。由表中结果可知，在截流流量相同的情况下，拦河闸围堰进出口各2.0 m残埂工况下对抛投材料的使用量比进出口无残埂工况大；抛投石料流失程度也随使用量的增加而增大。当截流流量为432 m3/s时，在进出口有残埂和无残埂两种工况下，拦河闸围堰残埂对截流抛投材料冲砂的影响不大，对边坡无明显冲刷，随着截流流量的持续增大，冲刷程度和抛投材料流失程度不断增加。当截流流量为860 m3/s时，不论拦河闸围堰进出口有无残埂，边坡均遭全部冲刷，抛投石料流失量在石料总量中均占比15%，对戗堤施工安全及施工质量控制存在十分不利的影响，为此，必须加强弃渣岸坡的预进占保护处理。

表3 拦河闸围堰残埂对截流抛投材料冲砂的影响

4 结论

本文分析结果表明，别迭里水电站拦河闸出口围堰残埂对拦河闸泄流能力存在一定影响，特别是泄流量较小的情况下这种影响越明显，随着泄流量的持续增大，出口围堰残埂的影响也逐渐下降，当泄流量增大至1700 m3/s及以上时，出口围堰残埂对拦河闸泄流能力的影响已经很小，甚至可以忽略不计。而别迭里水电站拦河闸进口围堰残埂对拦河闸泄流能力的影响相对较大，且进出口各存在2.0 m残埂工况在对龙口水力参数及对截流抛投材料冲砂等方面的影响均比进出口无残埂工况大。此外，当拦河闸进出口均有围堰残埂时，截流抛石材料使用量和流失量均增大，并当截流流量为860 m3/s时，河岸弃渣材料已全部遭冲刷，并严重威胁到戗堤施工进度与安全，为此，笔者建议，应当将拦河闸进口处围堰残埂拆除至设计高程，并通过预进占以加强对岸坡弃渣的保护。