新源县南岸大渠引水枢纽工程除险加固方案比选分析

杨慧芸

(新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院有限公司，新疆 伊宁 835000)

1 工程概况

新源县南岸大渠引水枢纽工程位于新源县境内，工程兴建于20世纪70年代，随即正式投入运行。工程控制灌溉面积2.08万hm2。工程为拦河式引水枢纽，枢纽建筑物由泄洪冲沙闸、南岸大渠进水闸、溢流堰、上下游整治段、交通桥等组成。经历数次洪水，泄洪闸闸后整治段护坦底部冲刷损坏严重，冲刷面向闸墩底部延伸。泄洪闸前部闸墩出现不同程度的石块脱落及裂缝，闸门底部冲刷损坏严重，消力池表面损坏严重，经鉴定急需对该工程进行除险加固处理。本次除险加固的目的是修建渠首，引水灌溉，改善草原生态环境，建设高标准粮食生产基地，节水改造农田，保证灌区供水，为农牧业生产创造有利条件。依据《灌溉与排水工程设计规范》[1](GB 50288—2018)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》[2](SL 252—2017)有关规定，本枢纽工程过闸流量设计为244 m3/s，故确定本工程等别为Ⅲ等中型工程。根据1/400万《中国地震动参数区划图》[3](GB 18306—2015)，工程区处在地震峰值加速度为0.2 g 的区域内，其对应的地震基本烈度为Ⅷ度区，设防烈度为Ⅷ度。

2 工程布置方案

2.1 方案一：全闸式引水渠首改建方案

在原有闸址处改建一座全闸式引水渠首。引水渠首主要建筑物有：泄洪闸、冲沙闸、南岸进水闸、上下游整治段和下游防冲槽等。

泄洪闸闸室段长12.0 m，底板厚1.2 m，闸室设5孔，单孔宽8.0 m，中墩厚1.2 m，边墩厚1.0 m。闸底板高程1086.0 m，闸顶高程1090.0 m。每孔设有一道弧形工作门和一道检修门。冲沙闸闸室段长12.0 m，底板厚1.2 m，闸室设1孔，单孔宽4.0 m，边墩厚1.0 m。闸底板高程1086.0 m，闸顶高程1090.0 m。每孔设有一道弧形工作门和一道检修门。泄洪闸及冲沙闸共6孔，闸室采用三孔一联的整体式，冲沙闸及紧邻的2孔泄洪闸为一体，剩余的3孔泄洪闸为一体。闸室采用C25F200W6钢筋混凝土结构，在底板上铺设0.2 m厚的硅粉混凝土防冲、抗磨层。泄洪闸及冲沙闸上游海漫长15.0 m，海漫首端宽64.0 m，末端宽50.8 m，纵坡1/120采用0.3 m 厚C20现浇混凝土。闸室下游为护坦、防冲墙，护坦采用C25F200W6钢筋混凝土结构，在底板上铺设0.2 m厚的硅粉混凝土防冲、抗磨层。防冲墙：位于护坦末端，为重力式挡土墙结构，采用C20F250W6现浇混凝土。进水闸布置在右岸，采用C25F200W6钢筋混凝土结构。进水闸后布设消力池，为矩形池，采用C25F200W6钢筋混凝土现浇。

2.2 方案二：闸堰结合式引水渠首改建方案

引水渠首主要建筑物有：中部泄洪冲沙闸、北侧侧堰、南岸进水闸、上下游整治段和下游防冲槽等。

泄洪冲沙闸室段长12.0 m，底板厚1.2 m，闸室设3孔，单孔宽8.0 m，闸墩厚1.2 m，闸孔总净宽26.4 m。泄洪闸底板高程1086.0 m，闸顶高程1090.0 m。泄洪闸设有一道弧形工作门。闸室采用三孔一联的整体式，采用C25F200W6钢筋混凝土结构，在底板上铺设0.2 m厚的硅粉混凝土防冲、抗磨层。泄洪冲沙闸北侧设置溢流侧堰，堰体为梯形实用堰布置，与泄洪闸一条直线布置，堰长70.0 m，堰顶高程1088.0 m，较泄洪冲沙闸底板高2.0 m。侧堰迎水面坡度1∶1,堰顶宽2.0 m，下游侧坡度1∶2，堰表层采用30 cm厚C25F200W6钢筋混凝土，下部为C25现浇混凝土砌卵石，堰后接20.0 m护坦，护坦为30 cm厚C25F200W6钢筋混凝土，护坦底部设5 cm厚水泥砂浆找平层，护坦末端设挡土墙，深5.0 m。南岸进水闸与冲沙闸成30°布置，进水闸室及进口挡沙坎均采用C25F200W6现浇混凝土。进水闸后布设消力池，采用C25F200W6钢筋混凝土现浇。设计池长10.0 m，池深0.5 m，池宽12.5 m，消力池深度3.0～2.0 m渐变。

2.3 工程布置方案比选及分析

工程方案比选详见表1。

表1 方案比选

(1)工程布置比较。两座渠首地质条件相同，渠首建筑物基础均为河床沙砾石层，均适合建闸。全闸式引水渠首，改建泄洪闸5孔8.0 m宽，改建冲沙闸1孔4.0 m宽，工程布置紧凑，泄洪灵活，冲沙方便，一般不存在闸前淤积问题，运行简单。闸堰结合式引水渠首主体泄洪建筑物为泄洪闸、冲沙闸和溢流堰，泄洪闸闸室为3孔8.0 m宽，冲沙闸1孔4.0 m宽，溢流侧堰位于拦河闸北侧，堰长70.0 m，主体建筑物布置相对松散。由于闸堰结合式引水渠首泄洪闸规模小，溢流堰承担相当大的泄洪压力，在溢流堰前容易形成淤积，如不及时清理，淤积可能超过堰顶，影响上游整治段和溢流堰过洪能力。泄洪闸规模小，洪水期利用洪水排沙的能力低，必须采用人工清理上游整段淤积泥沙，运行成本增加较多。从工程布置比较分析，全闸式引水渠首方案明显优于闸堰结合式引水渠首方案。

(2)水力消能条件。闸堰结合式引水渠首上游整治段宽度增加，必定减缓上游整治段过水流速，上游整治段泥沙淤积将较现状更为严重，影响上游整治段过洪，大洪水时经常翻过上游整治段岸堤。下游冲刷严重，原有的下游防冲槽深隔墙深4.0 m，在1998年洪水时水毁。

全闸式引水渠首除险加固方案较闸堰结合式引水渠首整治段宽度小，且上游整治段过水流速增加较大，水流挟沙能力就加大，整治段泥沙淤积将得到治理。

从渠首水力消能条件分析全闸式引水渠首除险加固方案优于闸堰结合式引水渠首方案。

(3)工程施工。闸堰结合式引水渠首方案，因为有70 m的溢流堰，施工相对分散且施工工艺相对简单。全闸式引水渠首除险加固方案，完全靠机械施工。整个枢纽主体施工多为混凝土工程，上、下游整治段、泄洪冲沙闸、进水闸、防冲槽相互独立，施工可同时进行，施工强度高，进度快。

从施工比较全闸式引水渠首优于闸堰结合式引水渠首方案。

(4)工程运行管理。根据我区众多闸堰结合式引水渠首运行情况分析，闸堰结合式引水渠首由于采用闸堰结合形式，其泄洪的灵活程度是最高的，对山溪性河流汛期经常发生的陡涨陡落洪水有很强的适应能力。即使在汛期大多数洪水也可安全通过侧堰，不会威胁渠首安全。

但闸堰结合式引水渠首难以解决泥沙问题，溢流侧堰前和上游整治段泥沙容易淤积，每年需要花费很多人力进行清淤，运行维修成本高。

闸堰结合式引水渠首由于水流条件差，泄洪闸孔口小，总宽度小，过洪单宽流量大，水流对闸墩和闸底板的磨损将很大。同时由于泄洪闸对上游水流的抬升作用明显，位置水头高，水能大，对下游护坦和防冲槽冲刷作用大。渠首的运行维护必将成为常态，维修成本高，渠首使用寿命短。

全闸式引水渠首通过配套自动化监控系统和防洪预警系统，加上与上游40 km处那拉提引水渠首实现洪水预警信息共享，渠首防洪安全程度也将大大提高。由于全闸式引水渠首可根据河道来水、来沙规律，主动灵活地控制枢纽运行，利用泄洪闸的部分或全部开启，壅水沉沙，引用表层水，或泄洪排沙。长期运行基本不进行大修，渠首上游基本不产生淤积，维修成本低，使用寿命长。

从工程运行管理比较全闸式引水渠首方案优于闸堰结合式引水渠首方案。

3 结 论

全闸式引水渠首和闸堰结合式引水渠首两种方案从工程布置、水力消能条件、施工、运行管理和工程投资等5方面进行综合比较分析。全闸式引水渠首具有布置结构简单、工程运行安全程度高、水力条件好、引水水质优良、对下游河床冲刷影响小、工程施工干扰小、施工速度快、工程运行维修成本低、使用寿命长，配备渠首自动化监控系统和防洪预警系统，渠首防洪安全程度将提高等优点。因此选择全闸式引水渠首作为新源县南岸大渠引水渠首除险加固推荐方案。