浅谈多泥沙河流上引水渠首的设计

王子坚 张小燕(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院 新疆 石河子 832000)

1 工程概况

新疆维吾尔自治区玛纳斯河（简称“玛河”）发源于天山山脉中段的依连哈比尔尕山北坡，是新疆北天山沿线最大的一条内陆河流，源头为海拔5000m以上的冰川，沿途汇集达子庙、哈熊沟、大小白杨沟、清水河等支流，由南向北流入准噶尔盆地，源头至小拐全长324km，是准噶尔盆地南缘最大的一条河流。

玛河一级水电站为引水式电站，主要由引水渠首、无压引水道、前池、压力管道、厂房、开关站和尾水渠等组成。电站设计水头104m，设计引水流量62m3/s，设计发电流量54.2 m3/s，装机容量50MW，设计年发电量1.89亿kW·h。

引水渠首设计洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为1038.0m3/s，校核洪水标准为1000年一遇，相应洪峰流量为2054.0m3/s。正常蓄水位为842.4m，相应库容为85.02万m3，最高运行水位846.0m，相应库容为162.02万m3。渠首坝顶高程849m，最大坝高26.6m，坝顶长度987m。

引水渠首由主河槽段的闸坝、砌石重力坝和两岸复合土工膜防渗坝结合组成挡水建筑物。泄洪、冲砂闸布置在主河床位置，由两孔开敞式排漂排冰闸、六孔潜孔冲砂闸组成，泄水总流量为2054.0m3/s。进水闸紧靠右侧排冰、排漂闸布置在东侧，进水闸设计引水流量为62.0m3/s，进水闸下设两孔冲砂底孔。复合土工膜防渗副坝紧靠圬工建筑物布置在两岸。

2 工程设计特点

玛纳斯河径流特征与北疆多数混合型补给河流相似，主要受气温和降水的影响，有着年际变化平缓，年内分配集中的特点。玛河径流年内分配，主要集中于6月～9月，水量占全年径流量的76.6%(红山嘴断面)，其中7月和8月水量占年径流量的52.8%。

玛河洪水主要集中于七、八月份的汛期内，洪水特征主要有以下几点：①峰不高但量大；②持续时间长；③时间和水量集中；④峰型多变；⑤间歇性春洪和冰洪时有发生。

玛河属于一条多沙河流。泥沙来源于降雨融雪汇流对流域面的侵蚀和水流对河道的冲刷。据多年实测值统计，平均输沙量295.4万t，输沙率为93.7kg/s，同期含沙量为2.46kg/s，侵蚀模数636t/km2。多年平均推移质输沙量为59.1万t。

引水渠首为拦河式闸坝结构，渠首闸室设计时需要充分考虑其功能性必须满足玛纳斯河水文特点。闸室功能性为：①引水发电；②泄洪冲砂；③排冰排污；④抗冲耐磨；⑤运行管理方便，闸门运行高度自动化。

根据闸室功能性要求，具体布置有6孔潜孔式泄洪冲砂闸，2孔舍瓣式排冰排污闸，2孔潜孔式进水闸。6孔潜孔式泄洪冲砂闸表面采用玛纳斯河条石护砌抗冲抗磨。为提高运行管理自动化，泄洪冲砂闸闸门采用液压启闭机。

2.1 工程布置

闸室段布置在主河床内，从左向右依次布置西排漂排冰闸、6孔潜孔式冲砂泄洪闸，东排漂排冰闸，2孔带胸墙进水闸紧靠东排漂闸布置在东侧。左右岸复合土工膜防渗心墙坝紧靠闸室（重力坝）布置在两岸河床上游侧。引水渠首闸前冬季运行水位为846.0m，渠首闸（坝）顶高程为849.0m。排漂排冰闸共2孔，单孔宽6.0m，为露顶式舌瓣闸门；冲砂泄洪闸共6孔，单孔宽6.0m，高5.0m，为带胸墙潜孔弧形闸门；进水闸共2孔，单孔宽5.0m，为带胸墙潜孔弧形闸门，闸室段总长85m。

2.2 各主要建筑物设计

（1）排漂排冰闸。排漂泄洪闸在主河床左右侧各布置1孔，主要功能为冬季有冰洪时排冰，夏季排污，洪水期兼有泄洪任务。根据冬季运行闸前水深不宜小于3.0m要求以及考虑夏季运行水位，初步确定排冰、排污闸堰顶高程为839.5m，设计为露顶式舌瓣闸门。排冰、排污闸为2孔，各6m宽，孔口高9.5m，正常蓄水位为842.4m时，泄水流量为51.94m3/s。校核洪水位为846.0m时，泄水流量为147.22m3/s。

闸室总长 28.0m，2孔合计净总宽12.0m。闸墩高19.0m，中墩宽1.5m，边墩宽1.0m～2.0m，钢筋混凝土结构。底板上设实用堰，闸底板和实用堰均为埋石砼结构，前齿墙深入强风化基岩面以下1.0m，底板基础最小厚度为3.6m，为了减小实用堰工程量，堰体内部设有5.5m高，3.0m宽廊道。闸室上部结构上游至下游依次布置检修门机、工作桥、交通桥。工作桥桥面宽3.6m，闸房为框架结构，交通桥桥面宽4.8m。

闸室下游设有底流消能护坦，护坦长50.0m，总宽68.0m。护坦底板表层设0.3m厚条石耐磨层，下部1.2m厚浆砌石结构，浆砌石底部设50cm厚砂砾石反滤料，以满足排水孔反滤要求。护坦尾部接5.0m深防冲槽，防冲斜齿墙厚1.0m，槽内抛填直径大于0.3m大抛石，保护防冲斜齿墙。

主河槽河床砂卵砾石复盖层2m～6m，设计确定清除强风化层基岩，将闸基坐落在弱风化层基岩面上，闸基采用埋石砼，形成筏形基础，增加闸室稳定性。

（2）冲砂泄洪闸。冲砂闸布置在主河床位置，主要功能为冲砂，兼有泄洪任务。根据河床现状地面高程，初步确定冲砂闸闸底板高程为833.0m。为了减小闸门高度，设计为潜孔弧形闸门。冲砂闸共布置6孔，单孔孔口尺寸宽6.0m，高为5.0m。正常蓄水位为842.4m时，闸门全开，冲砂泄洪闸泄水流量为1489.2m3/s；校核洪水位846.0m时，闸门全开，冲砂泄洪闸泄水流量为1898.2m3/s。

闸室总长28.0m，每2孔分1条缝，6孔合计净总宽36.0m。闸墩高19.0m，中墩宽1.5m，边墩宽1.5m，钢筋混凝土结构。胸墙底面高程为838.0m，板梁钢筋砼结构。闸底板为埋石砼结构，表层设0.3m厚条石耐磨层，前齿墙深入强风化基岩面以下1.0m，底板基础最小厚度为3.6m，为了减小底板工程量，底板上游侧设有2.6m高，9.16m宽砂砾石填筑体。闸墩迎水面3.0m高范围设0.3m厚抗磨C60硅粉混凝土。闸室上部结构上游至下游依次布置检修门机、工作桥、交通桥，检修门6孔共用1扇，工作桥桥面宽3.60m，闸房为彩钢苯板结构，交通桥桥面宽4.80m。工作桥、交通桥均为钢筋混凝土结构。

冲砂泄洪闸下游消能形式与排漂泄洪闸结构形式相同。

（3）进水闸。进水闸布置在排冰、排污闸右侧，主要功能为满足发电引水要求。

玛河为一条多泥沙河流，虽然从满足渠首的功能方面已经布置了泄洪冲砂闸和排漂排冰闸，但是从电站投资方考虑，往往在非洪水期电站引水和放水冲砂存在很大矛盾。为了便于解决这个矛盾，使渠首运行更加灵活，进水闸设计征求各方意见，最终设计为三层结构，自下而上依次为冲砂廊道、进水闸、排漂闸。

初步确定进水闸闸底板高程为839.0m，设计为潜孔式弧形闸门，孔口尺寸为2孔各5m宽，孔口高5.0m，正常蓄水位为842.4m时，为闸孔出流，引水流量为62.0m3/s，需闸门开启度为1.88m。闸室总长21.5m，总宽13.0m。闸墩高10.0m，宽1.0m，闸墩顶高程为849.0m，闸底板厚1.0m，闸室为整体式钢筋混凝土结构。

为了及时排除进水闸闸前泥沙，进水闸底部设有2孔钢筋砼冲砂廊道，廊道进口高程为836.5m，最大长度为46.35m，单孔宽1.0m，高1.5m。闸前水位842.4m时，单孔泄流量为12.65m3/s，闸前水位846.0m时，单孔泄流量为15.9m3/s。

冲砂廊道闸室布置在进水闸和排冰排污闸之间，为潜孔式平板闸门，设有检修闸和工作闸，闸井尺寸为宽1.0m，长0.9m，为钢筋砼结构。闸井后2条廊道合并为钢筋砼冲砂矩形渠，渠宽和高均为2.0m。廊道出口高程为835.0m，水流最终跌落于渠首消能护坦中。

为了解决引水时漂浮物问题，在引水闸上部设两孔排漂闸，宽度与引水闸相同，设计为舌瓣闸门。底板高程843.95m，水流经过闸门后通过一个90°的转变直接跌入左侧东排漂排冰闸后。

闸室上部结构上游至下游依次布置拦污栅、排漂闸工作桥、交通桥、引水闸工作桥，工作桥桥面宽3.60m，闸房为彩钢苯板结构，交通桥桥面宽4.80m。

连接段后通过12m长扭面与电站引水渠相接。

引水闸纵剖面如图。

3 工程运行

玛纳斯河一级水电站从2007年6月16日4台机组并网发电至今已运行4年多。渠首库盘每年近乎淤平，运行管理单位洪水期开闸集中冲砂，运行状况良好，目前已达到冲淤平衡。

4 结语

在多泥沙河流上修建渠首需要考虑多方面的因素，尤其要根据水文、泥沙，地质条件因地制宜，更要结合业主运行管理要求个性化设计，才能满足渠首的各种功能。陕西水利