新源縣南岸大渠引水樞紐工程除險(xiǎn)加固方案比選分析

楊慧蕓

(新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，新疆 伊寧 835000)

1 工程概況

新源縣南岸大渠引水樞紐工程位于新源縣境內(nèi)，工程興建于20世紀(jì)70年代，隨即正式投入運(yùn)行。工程控制灌溉面積2.08萬(wàn)hm2。工程為攔河式引水樞紐，樞紐建筑物由泄洪沖沙閘、南岸大渠進(jìn)水閘、溢流堰、上下游整治段、交通橋等組成。經(jīng)歷數(shù)次洪水，泄洪閘閘后整治段護(hù)坦底部沖刷損壞嚴(yán)重，沖刷面向閘墩底部延伸。泄洪閘前部閘墩出現(xiàn)不同程度的石塊脫落及裂縫，閘門(mén)底部沖刷損壞嚴(yán)重，消力池表面損壞嚴(yán)重，經(jīng)鑒定急需對(duì)該工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。本次除險(xiǎn)加固的目的是修建渠首，引水灌溉，改善草原生態(tài)環(huán)境，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)糧食生產(chǎn)基地，節(jié)水改造農(nóng)田，保證灌區(qū)供水，為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1](GB 50288—2018)和《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》[2](SL 252—2017)有關(guān)規(guī)定，本樞紐工程過(guò)閘流量設(shè)計(jì)為244 m3/s，故確定本工程等別為Ⅲ等中型工程。根據(jù)1/400萬(wàn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[3](GB 18306—2015)，工程區(qū)處在地震峰值加速度為0.2 g 的區(qū)域內(nèi)，其對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度區(qū)，設(shè)防烈度為Ⅷ度。

2 工程布置方案

2.1 方案一：全閘式引水渠首改建方案

在原有閘址處改建一座全閘式引水渠首。引水渠首主要建筑物有：泄洪閘、沖沙閘、南岸進(jìn)水閘、上下游整治段和下游防沖槽等。

泄洪閘閘室段長(zhǎng)12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)5孔，單孔寬8.0 m，中墩厚1.2 m，邊墩厚1.0 m。閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。每孔設(shè)有一道弧形工作門(mén)和一道檢修門(mén)。沖沙閘閘室段長(zhǎng)12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)1孔，單孔寬4.0 m，邊墩厚1.0 m。閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。每孔設(shè)有一道弧形工作門(mén)和一道檢修門(mén)。泄洪閘及沖沙閘共6孔，閘室采用三孔一聯(lián)的整體式，沖沙閘及緊鄰的2孔泄洪閘為一體，剩余的3孔泄洪閘為一體。閘室采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。泄洪閘及沖沙閘上游海漫長(zhǎng)15.0 m，海漫首端寬64.0 m，末端寬50.8 m，縱坡1/120采用0.3 m 厚C20現(xiàn)澆混凝土。閘室下游為護(hù)坦、防沖墻，護(hù)坦采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。防沖墻：位于護(hù)坦末端，為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，采用C20F250W6現(xiàn)澆混凝土。進(jìn)水閘布置在右岸，采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)水閘后布設(shè)消力池，為矩形池，采用C25F200W6鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

2.2 方案二：閘堰結(jié)合式引水渠首改建方案

引水渠首主要建筑物有：中部泄洪沖沙閘、北側(cè)側(cè)堰、南岸進(jìn)水閘、上下游整治段和下游防沖槽等。

泄洪沖沙閘室段長(zhǎng)12.0 m，底板厚1.2 m，閘室設(shè)3孔，單孔寬8.0 m，閘墩厚1.2 m，閘孔總凈寬26.4 m。泄洪閘底板高程1086.0 m，閘頂高程1090.0 m。泄洪閘設(shè)有一道弧形工作門(mén)。閘室采用三孔一聯(lián)的整體式，采用C25F200W6鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在底板上鋪設(shè)0.2 m厚的硅粉混凝土防沖、抗磨層。泄洪沖沙閘北側(cè)設(shè)置溢流側(cè)堰，堰體為梯形實(shí)用堰布置，與泄洪閘一條直線布置，堰長(zhǎng)70.0 m，堰頂高程1088.0 m，較泄洪沖沙閘底板高2.0 m。側(cè)堰迎水面坡度1∶1,堰頂寬2.0 m，下游側(cè)坡度1∶2，堰表層采用30 cm厚C25F200W6鋼筋混凝土，下部為C25現(xiàn)澆混凝土砌卵石，堰后接20.0 m護(hù)坦，護(hù)坦為30 cm厚C25F200W6鋼筋混凝土，護(hù)坦底部設(shè)5 cm厚水泥砂漿找平層，護(hù)坦末端設(shè)擋土墻，深5.0 m。南岸進(jìn)水閘與沖沙閘成30°布置，進(jìn)水閘室及進(jìn)口擋沙坎均采用C25F200W6現(xiàn)澆混凝土。進(jìn)水閘后布設(shè)消力池，采用C25F200W6鋼筋混凝土現(xiàn)澆。設(shè)計(jì)池長(zhǎng)10.0 m，池深0.5 m，池寬12.5 m，消力池深度3.0～2.0 m漸變。

2.3 工程布置方案比選及分析

工程方案比選詳見(jiàn)表1。

表1 方案比選

(1)工程布置比較。兩座渠首地質(zhì)條件相同，渠首建筑物基礎(chǔ)均為河床沙礫石層，均適合建閘。全閘式引水渠首，改建泄洪閘5孔8.0 m寬，改建沖沙閘1孔4.0 m寬，工程布置緊湊，泄洪靈活，沖沙方便，一般不存在閘前淤積問(wèn)題，運(yùn)行簡(jiǎn)單。閘堰結(jié)合式引水渠首主體泄洪建筑物為泄洪閘、沖沙閘和溢流堰，泄洪閘閘室為3孔8.0 m寬，沖沙閘1孔4.0 m寬，溢流側(cè)堰位于攔河閘北側(cè)，堰長(zhǎng)70.0 m，主體建筑物布置相對(duì)松散。由于閘堰結(jié)合式引水渠首泄洪閘規(guī)模小，溢流堰承擔(dān)相當(dāng)大的泄洪壓力，在溢流堰前容易形成淤積，如不及時(shí)清理，淤積可能超過(guò)堰頂，影響上游整治段和溢流堰過(guò)洪能力。泄洪閘規(guī)模小，洪水期利用洪水排沙的能力低，必須采用人工清理上游整段淤積泥沙，運(yùn)行成本增加較多。從工程布置比較分析，全閘式引水渠首方案明顯優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(2)水力消能條件。閘堰結(jié)合式引水渠首上游整治段寬度增加，必定減緩上游整治段過(guò)水流速，上游整治段泥沙淤積將較現(xiàn)狀更為嚴(yán)重，影響上游整治段過(guò)洪，大洪水時(shí)經(jīng)常翻過(guò)上游整治段岸堤。下游沖刷嚴(yán)重，原有的下游防沖槽深隔墻深4.0 m，在1998年洪水時(shí)水毀。

全閘式引水渠首除險(xiǎn)加固方案較閘堰結(jié)合式引水渠首整治段寬度小，且上游整治段過(guò)水流速增加較大，水流挾沙能力就加大，整治段泥沙淤積將得到治理。

從渠首水力消能條件分析全閘式引水渠首除險(xiǎn)加固方案優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(3)工程施工。閘堰結(jié)合式引水渠首方案，因?yàn)橛?0 m的溢流堰，施工相對(duì)分散且施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。全閘式引水渠首除險(xiǎn)加固方案，完全靠機(jī)械施工。整個(gè)樞紐主體施工多為混凝土工程，上、下游整治段、泄洪沖沙閘、進(jìn)水閘、防沖槽相互獨(dú)立，施工可同時(shí)進(jìn)行，施工強(qiáng)度高，進(jìn)度快。

從施工比較全閘式引水渠首優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

(4)工程運(yùn)行管理。根據(jù)我區(qū)眾多閘堰結(jié)合式引水渠首運(yùn)行情況分析，閘堰結(jié)合式引水渠首由于采用閘堰結(jié)合形式，其泄洪的靈活程度是最高的，對(duì)山溪性河流汛期經(jīng)常發(fā)生的陡漲陡落洪水有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。即使在汛期大多數(shù)洪水也可安全通過(guò)側(cè)堰，不會(huì)威脅渠首安全。

但閘堰結(jié)合式引水渠首難以解決泥沙問(wèn)題，溢流側(cè)堰前和上游整治段泥沙容易淤積，每年需要花費(fèi)很多人力進(jìn)行清淤，運(yùn)行維修成本高。

閘堰結(jié)合式引水渠首由于水流條件差，泄洪閘孔口小，總寬度小，過(guò)洪單寬流量大，水流對(duì)閘墩和閘底板的磨損將很大。同時(shí)由于泄洪閘對(duì)上游水流的抬升作用明顯，位置水頭高，水能大，對(duì)下游護(hù)坦和防沖槽沖刷作用大。渠首的運(yùn)行維護(hù)必將成為常態(tài)，維修成本高，渠首使用壽命短。

全閘式引水渠首通過(guò)配套自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和防洪預(yù)警系統(tǒng)，加上與上游40 km處那拉提引水渠首實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)警信息共享，渠首防洪安全程度也將大大提高。由于全閘式引水渠首可根據(jù)河道來(lái)水、來(lái)沙規(guī)律，主動(dòng)靈活地控制樞紐運(yùn)行，利用泄洪閘的部分或全部開(kāi)啟，壅水沉沙，引用表層水，或泄洪排沙。長(zhǎng)期運(yùn)行基本不進(jìn)行大修，渠首上游基本不產(chǎn)生淤積，維修成本低，使用壽命長(zhǎng)。

從工程運(yùn)行管理比較全閘式引水渠首方案優(yōu)于閘堰結(jié)合式引水渠首方案。

3 結(jié) 論

全閘式引水渠首和閘堰結(jié)合式引水渠首兩種方案從工程布置、水力消能條件、施工、運(yùn)行管理和工程投資等5方面進(jìn)行綜合比較分析。全閘式引水渠首具有布置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工程運(yùn)行安全程度高、水力條件好、引水水質(zhì)優(yōu)良、對(duì)下游河床沖刷影響小、工程施工干擾小、施工速度快、工程運(yùn)行維修成本低、使用壽命長(zhǎng)，配備渠首自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)和防洪預(yù)警系統(tǒng)，渠首防洪安全程度將提高等優(yōu)點(diǎn)。因此選擇全閘式引水渠首作為新源縣南岸大渠引水渠首除險(xiǎn)加固推薦方案。