浅谈多泥沙河流上引水渠首的设计

2012-09-25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

陕西水利 2012年6期

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。