基于多層次處理泥沙的結構設計

龐德枚

(中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司 新疆分公司，新疆 阿克蘇843000)

托什干河流域是一個跨國界多沙性河流，流域總面積26 582 km2。秋格爾引水樞紐除險加固工程位于烏什縣境內(nèi)的托什干河干流上，水樞紐斷面處多年平均年含沙量為2.325 kg/m3，多年平均年懸移質(zhì)輸沙量為687.8×104t，推移質(zhì)輸沙量為115.6×104t，多年平均年輸沙模數(shù)為364.7 t/km2。輸沙量年內(nèi)分配很不均勻，5—8月連續(xù)最大4個月輸沙量607.2×104t，占年輸沙總量的88.3%。該引水樞紐的主要功能為農(nóng)業(yè)引水灌溉、工業(yè)梯級發(fā)電、城市防洪。因此，如何解決引水、排沙是農(nóng)業(yè)引水灌溉、工業(yè)梯級發(fā)電的關鍵。

1 現(xiàn)狀工程概況

秋格爾引水樞紐工程位于烏什縣奧特貝希鄉(xiāng)與牙曼蘇鄉(xiāng)之間的托什干河干流上，為攔河式引水樞紐。主要功能為農(nóng)業(yè)引水灌溉、工業(yè)梯級發(fā)電、城市防洪，是一座具有綜合效益的水利樞紐工程。其中農(nóng)業(yè)引水灌溉面積2 萬余hm2、工業(yè)梯級發(fā)電裝機容量40 MW、城市防洪保護烏什縣城約10萬人生命及財產(chǎn)安全。

秋格爾引水樞紐工程始建于1967年，1971年竣工。1981年7月27日托什干河發(fā)生827 m3/s的常規(guī)洪水，造成20 孔溢流堰中14 孔被沖垮。1983年自治區(qū)作為水毀修復工程正式立項建設，當年3月開工，1984年12月底竣工，正式投入運行。攔河閘系統(tǒng)已運行27 a，引水系統(tǒng)已運行40 a。該工程主要由攔河泄洪閘、引水道、第二泄洪沖砂閘、節(jié)制分水沖砂閘和上下游整治導流堤組成，其中攔河泄洪閘全長125 m，共14 孔，單孔凈寬8 m。引水道為無閘開敞式引水渠，位于攔河閘右側(cè)，與攔河閘呈45°夾角，總長235 m; 第二泄洪沖砂閘位于引水渠140 m處左岸，共設有4 孔開敞式閘孔，單孔凈寬4.0 m。節(jié)制分水沖砂閘位于引水渠的末端，設有電站引水閘1 孔，秋格爾總干渠引水閘2 孔，泄洪沖砂閘2孔，單孔凈寬均為4.0 m。上游右岸導流堤與色來阿拉爾防洪堤連為一體的現(xiàn)澆混凝土板結構，上游左岸導流堤為長400 m的漿砌石護面結構。下游右岸導流堤長300 m，與下游的右岸防洪堤連為一體，漿砌石護面結構。下游左岸導流堤長150 m，漿砌石結構。

2 對現(xiàn)狀工程評價

2.1 泄洪能力不足

依據(jù)現(xiàn)狀水文分析成果，本工程設計洪水重現(xiàn)期采用30 a一遇，設計洪峰流量為1 935 m3/s。校核洪水重現(xiàn)期100 a一遇，校核洪峰流量為2 700 m3/s。原工程設計洪水重現(xiàn)期采用30 a一遇，設計洪峰流量為1 140 m3/s，( P =1%) ，校核洪峰流量為1 465 m3/s，( P =0.2%) ，原設計攔河閘的泄洪能力嚴重不足。

2.2 引清排沙效果差

2.2.1 斜向擋砂坎頂高程較低

引水道前斜向擋砂坎頂高程1 476.70 m，攔河泄洪閘閘底板高程1 476.50 m，依據(jù)托什干河河床含沙量大、河道縱坡較陡、流量變幅大的特點，引水道與攔河泄洪閘高差較小，導致大量泥沙經(jīng)引水道進入下游引水系統(tǒng)，排沙效果差。

2.2.2 第二泄洪沖砂閘布置不合理

當水流通過斜向擋砂坎進入引水道后，由于第二泄洪沖砂閘位于引水人工彎道中部凸岸處，破壞了引水道的人工彎道橫向環(huán)流，導致在彎道末端凸岸設置沖砂閘、凹岸設置灌溉進水閘和電站進水閘引清排砂效果差。

2.2.3 人工彎道排沙效果不明顯

針對托什干河河床含沙量大、河道縱坡較陡、流量變幅大的特點，利用彎道環(huán)流的特性，產(chǎn)生橫向流動—橫向環(huán)流，促使彎道凹岸沖刷而凸岸淤積，并在彎道末端凸岸設置沖砂閘、凹岸設置灌溉進水閘和電站進水閘。但在沖沙閘排走運動中的底沙時，須消耗較大的能量和水量，無法解決枯水期水量緊缺時引水和沖沙的矛盾，只得采取間歇沖沙方法，導致閘前淤積，泥沙進入灌溉進水閘和電站進水閘。

3 除險加固工程設計

依據(jù)托什干河河床縱坡陡，洪枯流量變化大，含沙量大的特點，設置單一的功能結構來徹底解決引水與排沙的矛盾效果甚微，通過分析秋格爾引水樞紐除險加固工程現(xiàn)狀存在的問題，在除險加固工程設計過程中，增設攔河泄洪沖砂閘、抬高引水道前進水閘閘底板高程、設計人工彎道橫向環(huán)流、降低彎道末端凸岸設置的沖砂閘閘底板高程、抬高彎道末端凹岸設置的灌溉進水閘和電站進水閘的閘底板高程并在閘前均設置擋砂坎，圍繞處理泥沙層結構布局，達到引清排砂的目的。

3.1 增設攔河泄洪沖砂閘

依據(jù)工程等級，確定設計洪峰流量標準，在盡量多保留現(xiàn)有布置的基礎上，在攔河泄洪閘左岸增加攔河泄洪閘，閘底板高程與現(xiàn)有攔河泄洪閘底板高程一致。在現(xiàn)有引水道與攔河泄洪閘之間增加兩孔寬為4.0 m攔河沖砂閘，該閘底板高程為1 476 m。

3.2 抬高引水道前進水閘閘底板高程

由于引水道縱坡較陡，增加進水閘可以控制其彎道末端凸岸設置沖砂閘、凹岸設置灌溉進水閘和電站進水閘的閘墩高程、引水流量大小。同時，抬高引水道前進水閘閘底板高程，即1 477.5 m，使其引水道前進水閘、兩孔寬為4.0 m攔河沖砂閘形成沖砂槽式，達到引清排沙的目的。

3.3 增強人工彎道排沙效果

由于第二泄洪沖砂閘位于引水人工彎道中部凸岸處，破壞了引水道的人工彎道橫向環(huán)流，導致在彎道末端凸岸設置沖砂閘、凹岸設置灌溉進水閘和電站進水閘引清排砂效果差，因此，拆除引水人工彎道中部的第二泄洪沖砂閘。

人工彎道嚴格排沙按規(guī)范取值，達到彎道橫向環(huán)流效果，并且合理布置彎道末端凸岸設置沖砂閘、凹岸設置灌溉進水閘和電站進水閘的閘址位置及引水角度。同時降低彎道末端凸岸設置的沖砂閘閘底板高程、抬高彎道末端凹岸設置的灌溉進水閘和電站進水閘的閘底板高程并在閘前均設置擋砂坎，達到再次引清排沙的目的。最后，在設計人工彎道過水能力時，需考慮人工彎道末端凸岸設置的沖砂閘的沖砂流量。用以緩解在枯水期引水和沖沙底限水量的矛盾，增強引清排砂效果。

4 結 論

通過分析秋格爾引水樞紐除險加固工程現(xiàn)狀存在的問題，在除險加固工程設計過程中，圍繞處理泥沙層層結構布局，達到引清排沙的目的。

［1］孟慶偉，楊金敘，邵明明. 黃河小浪底水庫深水泥沙處理技術與裝備構想［J］. 中國水利，2009(07) :28－29.

［2］王金魁，李旗進，孫顯忠. 金溝河引水渠首泥沙處理技術［J］. 水利水電技術，2010(09) :45－46.