湯建

(新疆巴州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，新疆巴州841000)

1 引水樞紐現(xiàn)狀

新疆某河發(fā)源于依連哈比爾尕山北側(cè)科爾達(dá)拉河源頭的31號(hào)冰川，河流水網(wǎng)發(fā)育，呈樹(shù)狀水系，為典型的冰川融雪型補(bǔ)給河流，地勢(shì)由南向北傾斜，最高海拔5256 m，最低僅300 m左右。從河源至出山口(海拔820 m)主河道長(zhǎng)約94km，平均縱坡46‰。多年平均流量為11.21 m3/s，多年平均徑流量為3.539×108m3，多年平均輸沙量為66.5×104t。

該河引水樞紐工程位于出山口，始建于1959年，于1962年竣工投入運(yùn)行，是一個(gè)以灌溉為主的費(fèi)爾干式引水建筑物，側(cè)面引水，正面沖砂，目前設(shè)計(jì)引水流量35 m3/s。工程進(jìn)水閘、泄洪沖砂閘、泄洪閘、自潰壩、上游整治段組成。

引水樞紐運(yùn)行已53 a，工程已嚴(yán)重老化，防洪能力下降，工程存在嚴(yán)重的安全隱患，引水樞紐分別與1988年、2001年兩次進(jìn)行加高處理。存在的主要問(wèn)題有:①老化、安全問(wèn)題:原C15混凝土嚴(yán)重老化，加上引水樞紐推移質(zhì)的撞擊、懸移質(zhì)的沖磨，導(dǎo)致閘室及上下游混凝土表層基本剝落，底板及閘墩局部多處出現(xiàn)露筋，個(gè)別閘墩底部出現(xiàn)貫穿性裂縫，影響工程安全。②泥沙淤積問(wèn)題:引水樞紐布局不適應(yīng)目的的高引水比(70%以上)，人工彎道無(wú)法發(fā)揮作用，泄洪沖砂閘排砂不利，造成河道、閘前、閘后淤積嚴(yán)重，河床逐年抬高，由于淤積導(dǎo)致建筑物過(guò)流不足，防洪能力下降。每年需要清淤，目前每年用于清沙的費(fèi)用較高。

鑒于引水樞紐存在的諸多隱患問(wèn)題，已威脅到整個(gè)工程的安全運(yùn)行，且已無(wú)加高的余地和加固的必要，需要拆除重建。

2 引水樞紐布置方案

引水樞紐的布置型式采用錯(cuò)動(dòng)攔河閘式布置方案和引水彎道式布置方案。

2.1 彎道式引水樞紐

彎道式引水樞紐工程由泄洪閘、彎道式?jīng)_砂槽、進(jìn)水閘及沖沙閘組成。工程總體布置如下:

1)泄洪閘位于引水彎道首端凸岸一側(cè)，渲泄非常洪水。在洪水季節(jié)開(kāi)啟泄洪排沙，減少?gòu)澋肋M(jìn)沙量，減輕彎道負(fù)擔(dān)。泄洪閘底高程810.55 m，保證上游在較長(zhǎng)的時(shí)間的內(nèi)有一定的淤積庫(kù)容，下游形成一定縱坡，洪水期將上游淤積泥沙盡量帶向下游。

2)彎道式?jīng)_砂槽在河道內(nèi)修建彎曲段，設(shè)計(jì)寬度為8.6 m，彎道半徑為250 m，彎道長(zhǎng)度220 m，彎道進(jìn)口高程811.833 m，末端高程810.050 m，縱坡1/120。

3)進(jìn)水閘布置在緊接引水彎道末端凹岸切線方向。閘底高程816.00 m，比沖沙閘底高5.5 m，利用上游彎道環(huán)流和沖砂閘與進(jìn)水閘高差，當(dāng)來(lái)水量較小，引水灌溉，此時(shí)沖砂閘關(guān)閉，彎道此時(shí)為沉沙池，利用高差進(jìn)水閘引取表層清水;當(dāng)來(lái)水量較大時(shí)，進(jìn)水閘與沖砂閘均開(kāi)啟，利用環(huán)流，進(jìn)水閘引起表層清水，推移質(zhì)泥沙由沖沙閘排走。

4)沖沙閘位于引水彎道末端凸岸，閘底高程810.50 m，沖砂閘單孔凈寬為6.5 m，共2孔。

2.2 錯(cuò)動(dòng)攔河閘式

錯(cuò)動(dòng)攔河閘式引水樞紐采用正面泄洪沖沙，側(cè)面引水的布置形式，工程由攔河閘、進(jìn)水閘、沖砂閘、沖砂槽、自潰壩及上下游河道整治段組成。

1)泄洪閘的工程任務(wù)為泄洪、沖沙。泄洪閘布置在主河床段，左側(cè)與沖砂槽相連，右側(cè)與導(dǎo)洪堤連接。泄洪閘總長(zhǎng)18.5 m，共設(shè)3孔，采用開(kāi)敞式平底閘，閘孔凈寬均為6.5 m，總凈寬19.5 m，閘底板高程810.55 m，閘頂高程817.60 m，由上游連接段、閘室段、下游連接段組成。

2)沖砂系統(tǒng)由上游沖砂槽段、閘室段、下游沖砂槽段組成。泄洪閘左側(cè)布置沖砂槽，沉砂沖砂槽采用鋼筋混凝土矩形槽結(jié)構(gòu)，凈寬為8.6 m，長(zhǎng)度為70 m，沉砂沖砂槽首部設(shè)置擋砂坎，坎高1.5 m，坎后設(shè)置29 m平坡段，平坡段末端設(shè)置沖砂陡坡，陡坡起端高程811.150 m，末端與沖砂閘底板高程連接，縱坡為1/21.579，沉砂沖砂槽末端正向與沖砂閘連接，沉砂沖砂槽末端左側(cè)為進(jìn)水閘，側(cè)向引水。

3)進(jìn)水閘布置在主河床左側(cè)，側(cè)向引水，正向沖砂，進(jìn)水閘右側(cè)與沖砂閘相接，引水角度為30°，進(jìn)水閘全長(zhǎng)15 m，共布置3孔開(kāi)敞式平底閘，孔口凈寬3.5 m，總凈寬10.5 m，邊墩厚度為1 m，中墩厚1.2 m。底板上下游側(cè)均設(shè)有齒墻，齒墻深度為1.0 m。閘頂下游側(cè)布置6 m寬的交通橋，上游側(cè)布置檢修橋。

4)自潰壩位于泄洪閘右側(cè)導(dǎo)洪堤上游60 m處，長(zhǎng)60 m，自潰壩采用梯形結(jié)構(gòu)，兩側(cè)與右側(cè)導(dǎo)洪堤連接，迎水面邊坡為1∶1.5，采用50 cm厚混凝土結(jié)構(gòu)，迎水面坡腳采用拋石回填，壩頂高程為815.00 m，壩頂布設(shè)沙袋，沙袋頂部高程為816.600 m。壩下游鋪設(shè)長(zhǎng)37.34 m鉛絲石籠護(hù)坦，兩側(cè)為8.1 m～5.6 m高的混凝土導(dǎo)流墻。

2.3 引水樞紐型式比選

原引水樞紐存在的主要問(wèn)題上下游淤積嚴(yán)重，泥沙過(guò)快淤積的問(wèn)題不能解決，后期用于清沙的費(fèi)用仍會(huì)居高不下，究其泥沙過(guò)快淤積的原因主要與其布置形式有關(guān)，其原引水樞紐采用費(fèi)爾干式(人工彎道式)引水模式，在起先低引水設(shè)計(jì)理念時(shí)，有一定沖沙流量的情況下，有明顯的沖沙效果。但目前，隨著灌溉面積的增大，在高引水比的情況下，沒(méi)有太多沖沙流量的情況下，在加之人工彎道轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大，彎道寬度達(dá)到45 m，轉(zhuǎn)彎半徑大致為300 m，轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大無(wú)法形成環(huán)流，泥沙淤積與沖沙泄洪閘門(mén)前，無(wú)法帶入下游，長(zhǎng)期使用造成上游淤積，進(jìn)而影響到下游［1］。

對(duì)于引水彎道式布置方案，要使彎道形成環(huán)流，必須減小彎道寬度，采用較小值的轉(zhuǎn)彎半徑，而引水樞紐所在位置為出山口處，兩側(cè)均為較高山體，加大轉(zhuǎn)彎半徑所占河道總寬度增大，上下游無(wú)法較為平順的進(jìn)行連接，另外，彎道必須在一定的流量下才可產(chǎn)生橫向環(huán)流，運(yùn)用流量的范圍相對(duì)較小。

而錯(cuò)動(dòng)攔河閘式布置方案采用正向泄洪沖砂，側(cè)向引水的布置形式，當(dāng)來(lái)水量較小時(shí)，可引水沖砂，保證進(jìn)水閘門(mén)前清;設(shè)計(jì)及校核洪水時(shí)，泄洪閘打開(kāi)泄洪，將上游淤積泥沙帶入下游的運(yùn)行方式，其布置較為平順，運(yùn)行管理較為靈活，推薦采用錯(cuò)動(dòng)攔河閘式布置方案［2］。

3 本工程設(shè)計(jì)總結(jié)

本工程為改建項(xiàng)目，由于條件所限，所以只能采用盡量抬高引水樞紐各閘門(mén)底高程作為主導(dǎo)設(shè)計(jì)思路。達(dá)到上游有一定的淤積庫(kù)容，下游形成一定的沖刷縱坡，通過(guò)上游淤積下游沖砂的運(yùn)行方式延長(zhǎng)引水樞紐的運(yùn)行時(shí)間，增加樞紐的壽命。而對(duì)于具體布置形式上應(yīng)采用正向泄洪沖砂，側(cè)向引水的布置形式。側(cè)向泄洪沖砂會(huì)使大量的泥沙淤積至閘門(mén)前，第一影響閘門(mén)的開(kāi)啟關(guān)閉，第二不利于泥沙向下游的攜帶，久而久之泄洪沖砂通道成為淤沙，阻沙的地點(diǎn)。

引水樞紐重點(diǎn)是引水，在多泥沙高引水比河流上，無(wú)論采取何種引水方式都會(huì)有一定的泥沙被帶入引水渠道，無(wú)法做到水沙的徹底分離，只能盡量減少泥沙進(jìn)入渠道，并通過(guò)渠道上設(shè)置的沉沙排沙設(shè)施進(jìn)一步減少泥沙進(jìn)入渠道下游，抬高進(jìn)水渠道、采用側(cè)面引水是最為簡(jiǎn)單有效的布置形式。

［1］蔣小鵬.多松多水電站引水樞紐布置及其特點(diǎn)［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2007(03):8－12.

［2］江祥繼，江力.西河斜壩引水樞紐布置探討［J］.四川水利，2011(02):56－58.