新疆某多泥沙高引水比河流引水枢纽布置设计

汤建

(新疆巴州水利水电勘测设计院，新疆巴州841000)

1 引水枢纽现状

新疆某河发源于依连哈比尔尕山北侧科尔达拉河源头的31号冰川，河流水网发育，呈树状水系，为典型的冰川融雪型补给河流，地势由南向北倾斜，最高海拔5256 m，最低仅300 m左右。从河源至出山口(海拔820 m)主河道长约94km，平均纵坡46‰。多年平均流量为11.21 m3/s，多年平均径流量为3.539×108m3，多年平均输沙量为66.5×104t。

该河引水枢纽工程位于出山口，始建于1959年，于1962年竣工投入运行，是一个以灌溉为主的费尔干式引水建筑物，侧面引水，正面冲砂，目前设计引水流量35 m3/s。工程进水闸、泄洪冲砂闸、泄洪闸、自溃坝、上游整治段组成。

引水枢纽运行已53 a，工程已严重老化，防洪能力下降，工程存在严重的安全隐患，引水枢纽分别与1988年、2001年两次进行加高处理。存在的主要问题有:①老化、安全问题:原C15混凝土严重老化，加上引水枢纽推移质的撞击、悬移质的冲磨，导致闸室及上下游混凝土表层基本剥落，底板及闸墩局部多处出现露筋，个别闸墩底部出现贯穿性裂缝，影响工程安全。②泥沙淤积问题:引水枢纽布局不适应目的的高引水比(70%以上)，人工弯道无法发挥作用，泄洪冲砂闸排砂不利，造成河道、闸前、闸后淤积严重，河床逐年抬高，由于淤积导致建筑物过流不足，防洪能力下降。每年需要清淤，目前每年用于清沙的费用较高。

鉴于引水枢纽存在的诸多隐患问题，已威胁到整个工程的安全运行，且已无加高的余地和加固的必要，需要拆除重建。

2 引水枢纽布置方案

引水枢纽的布置型式采用错动拦河闸式布置方案和引水弯道式布置方案。

2.1 弯道式引水枢纽

弯道式引水枢纽工程由泄洪闸、弯道式冲砂槽、进水闸及冲沙闸组成。工程总体布置如下:

1)泄洪闸位于引水弯道首端凸岸一侧，渲泄非常洪水。在洪水季节开启泄洪排沙，减少弯道进沙量，减轻弯道负担。泄洪闸底高程810.55 m，保证上游在较长的时间的内有一定的淤积库容，下游形成一定纵坡，洪水期将上游淤积泥沙尽量带向下游。

2)弯道式冲砂槽在河道内修建弯曲段，设计宽度为8.6 m，弯道半径为250 m，弯道长度220 m，弯道进口高程811.833 m，末端高程810.050 m，纵坡1/120。

3)进水闸布置在紧接引水弯道末端凹岸切线方向。闸底高程816.00 m，比冲沙闸底高5.5 m，利用上游弯道环流和冲砂闸与进水闸高差，当来水量较小，引水灌溉，此时冲砂闸关闭，弯道此时为沉沙池，利用高差进水闸引取表层清水;当来水量较大时，进水闸与冲砂闸均开启，利用环流，进水闸引起表层清水，推移质泥沙由冲沙闸排走。

4)冲沙闸位于引水弯道末端凸岸，闸底高程810.50 m，冲砂闸单孔净宽为6.5 m，共2孔。

2.2 错动拦河闸式

错动拦河闸式引水枢纽采用正面泄洪冲沙，侧面引水的布置形式，工程由拦河闸、进水闸、冲砂闸、冲砂槽、自溃坝及上下游河道整治段组成。

1)泄洪闸的工程任务为泄洪、冲沙。泄洪闸布置在主河床段，左侧与冲砂槽相连，右侧与导洪堤连接。泄洪闸总长18.5 m，共设3孔，采用开敞式平底闸，闸孔净宽均为6.5 m，总净宽19.5 m，闸底板高程810.55 m，闸顶高程817.60 m，由上游连接段、闸室段、下游连接段组成。

2)冲砂系统由上游冲砂槽段、闸室段、下游冲砂槽段组成。泄洪闸左侧布置冲砂槽，沉砂冲砂槽采用钢筋混凝土矩形槽结构，净宽为8.6 m，长度为70 m，沉砂冲砂槽首部设置挡砂坎，坎高1.5 m，坎后设置29 m平坡段，平坡段末端设置冲砂陡坡，陡坡起端高程811.150 m，末端与冲砂闸底板高程连接，纵坡为1/21.579，沉砂冲砂槽末端正向与冲砂闸连接，沉砂冲砂槽末端左侧为进水闸，侧向引水。

3)进水闸布置在主河床左侧，侧向引水，正向冲砂，进水闸右侧与冲砂闸相接，引水角度为30°，进水闸全长15 m，共布置3孔开敞式平底闸，孔口净宽3.5 m，总净宽10.5 m，边墩厚度为1 m，中墩厚1.2 m。底板上下游侧均设有齿墙，齿墙深度为1.0 m。闸顶下游侧布置6 m宽的交通桥，上游侧布置检修桥。

4)自溃坝位于泄洪闸右侧导洪堤上游60 m处，长60 m，自溃坝采用梯形结构，两侧与右侧导洪堤连接，迎水面边坡为1∶1.5，采用50 cm厚混凝土结构，迎水面坡脚采用抛石回填，坝顶高程为815.00 m，坝顶布设沙袋，沙袋顶部高程为816.600 m。坝下游铺设长37.34 m铅丝石笼护坦，两侧为8.1 m～5.6 m高的混凝土导流墙。

2.3 引水枢纽型式比选

原引水枢纽存在的主要问题上下游淤积严重，泥沙过快淤积的问题不能解决，后期用于清沙的费用仍会居高不下，究其泥沙过快淤积的原因主要与其布置形式有关，其原引水枢纽采用费尔干式(人工弯道式)引水模式，在起先低引水设计理念时，有一定冲沙流量的情况下，有明显的冲沙效果。但目前，随着灌溉面积的增大，在高引水比的情况下，没有太多冲沙流量的情况下，在加之人工弯道转弯半径过大，弯道宽度达到45 m，转弯半径大致为300 m，转弯半径过大无法形成环流，泥沙淤积与冲沙泄洪闸门前，无法带入下游，长期使用造成上游淤积，进而影响到下游［1］。

对于引水弯道式布置方案，要使弯道形成环流，必须减小弯道宽度，采用较小值的转弯半径，而引水枢纽所在位置为出山口处，两侧均为较高山体，加大转弯半径所占河道总宽度增大，上下游无法较为平顺的进行连接，另外，弯道必须在一定的流量下才可产生横向环流，运用流量的范围相对较小。

而错动拦河闸式布置方案采用正向泄洪冲砂，侧向引水的布置形式，当来水量较小时，可引水冲砂，保证进水闸门前清;设计及校核洪水时，泄洪闸打开泄洪，将上游淤积泥沙带入下游的运行方式，其布置较为平顺，运行管理较为灵活，推荐采用错动拦河闸式布置方案［2］。

3 本工程设计总结

本工程为改建项目，由于条件所限，所以只能采用尽量抬高引水枢纽各闸门底高程作为主导设计思路。达到上游有一定的淤积库容，下游形成一定的冲刷纵坡，通过上游淤积下游冲砂的运行方式延长引水枢纽的运行时间，增加枢纽的寿命。而对于具体布置形式上应采用正向泄洪冲砂，侧向引水的布置形式。侧向泄洪冲砂会使大量的泥沙淤积至闸门前，第一影响闸门的开启关闭，第二不利于泥沙向下游的携带，久而久之泄洪冲砂通道成为淤沙，阻沙的地点。

引水枢纽重点是引水，在多泥沙高引水比河流上，无论采取何种引水方式都会有一定的泥沙被带入引水渠道，无法做到水沙的彻底分离，只能尽量减少泥沙进入渠道，并通过渠道上设置的沉沙排沙设施进一步减少泥沙进入渠道下游，抬高进水渠道、采用侧面引水是最为简单有效的布置形式。

［1］蒋小鹏.多松多水电站引水枢纽布置及其特点［J］.甘肃水利水电技术，2007(03):8－12.

［2］江祥继，江力.西河斜坝引水枢纽布置探讨［J］.四川水利，2011(02):56－58.