基于多層次處理泥沙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

龐德枚

(中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(gè)跨國(guó)界多沙性河流，流域總面積26 582 km2。秋格爾引水樞紐除險(xiǎn)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(gè)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(jí)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(jí)發(fā)電的關(guān)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(jí)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(wàn)余hm2、工業(yè)梯級(jí)發(fā)電裝機(jī)容量40 MW、城市防洪保護(hù)烏什縣城約10萬(wàn)人生命及財(cái)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(fù)工程正式立項(xiàng)建設(shè)，當(dāng)年3月開工，1984年12月底竣工，正式投入運(yùn)行。攔河閘系統(tǒng)已運(yùn)行27 a，引水系統(tǒng)已運(yùn)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(dǎo)流堤組成，其中攔河泄洪閘全長(zhǎng)125 m，共14 孔，單孔凈寬8 m。引水道為無(wú)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(zhǎng)235 m; 第二泄洪沖砂閘位于引水渠140 m處左岸，共設(shè)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(shè)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(dǎo)流堤與色來(lái)阿拉爾防洪堤連為一體的現(xiàn)澆混凝土板結(jié)構(gòu)，上游左岸導(dǎo)流堤為長(zhǎng)400 m的漿砌石護(hù)面結(jié)構(gòu)。下游右岸導(dǎo)流堤長(zhǎng)300 m，與下游的右岸防洪堤連為一體，漿砌石護(hù)面結(jié)構(gòu)。下游左岸導(dǎo)流堤長(zhǎng)150 m，漿砌石結(jié)構(gòu)。

2 對(duì)現(xiàn)狀工程評(píng)價(jià)

2.1 泄洪能力不足

依據(jù)現(xiàn)狀水文分析成果，本工程設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期采用30 a一遇，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期采用30 a一遇，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)攔河閘的泄洪能力嚴(yán)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(diǎn)，引水道與攔河泄洪閘高差較小，導(dǎo)致大量泥沙經(jīng)引水道進(jìn)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(dāng)水流通過(guò)斜向擋砂坎進(jìn)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(dǎo)致在彎道末端凸岸設(shè)置沖砂閘、凹岸設(shè)置灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)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(duì)托什干河河床含沙量大、河道縱坡較陡、流量變幅大的特點(diǎn)，利用彎道環(huán)流的特性，產(chǎn)生橫向流動(dòng)—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(shè)置沖砂閘、凹岸設(shè)置灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘。但在沖沙閘排走運(yùn)動(dòng)中的底沙時(shí)，須消耗較大的能量和水量，無(wú)法解決枯水期水量緊缺時(shí)引水和沖沙的矛盾，只得采取間歇沖沙方法，導(dǎo)致閘前淤積，泥沙進(jìn)入灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘。

3 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

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(diǎn)，設(shè)置單一的功能結(jié)構(gòu)來(lái)徹底解決引水與排沙的矛盾效果甚微，通過(guò)分析秋格爾引水樞紐除險(xiǎn)加固工程現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，在除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，增設(shè)攔河泄洪沖砂閘、抬高引水道前進(jìn)水閘閘底板高程、設(shè)計(jì)人工彎道橫向環(huán)流、降低彎道末端凸岸設(shè)置的沖砂閘閘底板高程、抬高彎道末端凹岸設(shè)置的灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘的閘底板高程并在閘前均設(shè)置擋砂坎，圍繞處理泥沙層結(jié)構(gòu)布局，達(dá)到引清排砂的目的。

3.1 增設(shè)攔河泄洪沖砂閘

依據(jù)工程等級(jí)，確定設(shè)計(jì)洪峰流量標(biāo)準(zhǔn)，在盡量多保留現(xiàn)有布置的基礎(chǔ)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(jìn)水閘閘底板高程

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

3.3 增強(qiáng)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(dǎo)致在彎道末端凸岸設(shè)置沖砂閘、凹岸設(shè)置灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)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(yán)格排沙按規(guī)范取值，達(dá)到彎道橫向環(huán)流效果，并且合理布置彎道末端凸岸設(shè)置沖砂閘、凹岸設(shè)置灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘的閘址位置及引水角度。同時(shí)降低彎道末端凸岸設(shè)置的沖砂閘閘底板高程、抬高彎道末端凹岸設(shè)置的灌溉進(jìn)水閘和電站進(jìn)水閘的閘底板高程并在閘前均設(shè)置擋砂坎，達(dá)到再次引清排沙的目的。最后，在設(shè)計(jì)人工彎道過(guò)水能力時(shí)，需考慮人工彎道末端凸岸設(shè)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(qiáng)引清排砂效果。

4 結(jié) 論

通過(guò)分析秋格爾引水樞紐除險(xiǎn)加固工程現(xiàn)狀存在的問(wèn)題，在除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，圍繞處理泥沙層層結(jié)構(gòu)布局，達(dá)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(kù)深水泥沙處理技術(shù)與裝備構(gòu)想［J］. 中國(guó)水利，2009(07) :28－29.

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