贠立明

（新疆金沟河流域管理局，新疆 沙湾 832100）

1 问题的提出

金沟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。流域地处新疆维吾尔自治区中西部的沙湾县境内，流域总面积2626 km2，其中金沟河出山口以上面积为1688 km2。从河源至出山口（海拔820 m）主河道长约94 km，平均纵坡46‰。红山头水文站多年平均流量为11.22 m3/s，多年平均径流量为3.55×108m3。

金沟河渠首引水枢纽工程位于沙湾县西南约28 km 的金沟河上，行政区划隶属于沙湾县，从沙湾县城至沙湾县水泥厂6 km 为公路，从水泥厂至工程区22 km 为便道或引水渠道伴行路，交通较为方便。金沟河引水枢纽工程主要承担灌溉工程任务，灌区总土地面积116 万亩，控制灌溉面积52.99 万亩，是自治区粮食和棉花的主产区。金沟河现状引水枢纽工程位于金沟河中游河段出山口，始建于1959 年，于1960 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，正面引水，侧面冲沙。工程现状由进水闸、泄洪冲沙闸、泄洪闸、自溃坝、上游整治段组成。引水枢纽运行已55 年，工程已严重老化，防洪能力下降，工程存在严重的安全隐患，引水枢纽分别于与1988 年、2001 年两次进行加高处理，但仍未根本性解决现状引水枢纽建筑物老化、带病运行等问题。

工程进水闸和泄洪冲沙闸混凝土严重老化，闸门整体变形严重，止水偏离埋件，漏水严重，闸前、闸后淤积严重，河床逐年抬高，带病运行过程中存在很大的安全隐患，严重威胁金沟河下游灌区灌溉的安全。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，金沟河渠首除险加固工程的实施迫在眉睫。

2 建筑物布置型式比选

2.1 方案一：直线型引水枢纽

金沟河渠首除险加固工程直线型引水枢纽为拦河闸式引水枢纽型式，其将泄洪闸、进水闸和冲沙闸错开布置，自溃坝、左右侧导流堤长度分别为50 m、180 m、430 m，线型沉沙冲沙槽长×宽为145 m×8.5 m，纵坡1∶35，引水渠新建部分长度590 m，重建的长350 m 的输沙道与原冲沙渠相连。施工导流则采用河床一次性拦断+围堰挡水的方式，借助泄洪闸左侧孔洞和导流明渠引水，并通过右侧孔洞实现泄流。

2.2 方案二：弯道型引水枢纽

弯道型引水枢纽也属于拦河闸式引水枢纽型式，金沟河渠首除险加固工程弯道型引水枢纽布置型式与直线型基本相同，将泄洪闸、进水闸和冲沙闸错开布置，自溃坝、左右侧导流堤长度分别为55 m、50 m、415 m，采取依地形弯道式沉沙、冲沙方式，沉沙冲沙槽长×宽为215 m×8.5 m，转弯半径175 m，纵坡1∶225，引水渠新建部分长度653 m，重建的长419 m 的输沙道与原冲沙渠相连。施工导流与直线型方案相同。

2.3 方案三：内外库闸坝结合型式

金沟河渠首除险加固工程内外库闸坝结合引水枢纽工程由泄洪冲沙闸、引水闸、溢流堰、上下坝等建筑组成。分为上、下段和溢流堰段的拦水坝沿水流方向将延续河道的上下坝内外库分开，拦水坝长686.2 m，外库表层水经由上坝溢流堰引入内库，内外库库容分别为35.8 万m3和61.4 万m3，容沙能力较强。泄洪冲沙闸尺寸长×宽为20 m×6.5 m，进水闸长×宽为4.5 m×4.5 m，钢坝门布置尺寸为35 m×2 m。建成泄洪冲沙闸、溢流堰、上坝后，截流通过围堰布置进行，待水流引入泄洪冲沙闸过流后回收。内外库闸坝结合引水枢纽型式还使金沟河渠首除险加固工程设计过洪能力从现状的130 m3/s 提升至465 m3/s，校核洪水标准50年一遇，有效缓解了防洪压力。

2.4 布置型式的比选

基于上述对直线型和弯道型拦河闸式渠首引水枢纽型式和内外库闸坝结合型式的分析，从施工难易程度、运行管理、投资经济性等角度进行布置型式的比选，结果见表1。

表1 金沟河渠首除险加固工程引水枢纽型式比选

2.4.1 施工难易程度

由于工程所在区域河流水量大，含沙量高，且无天然的人工弯道可以利用，所以直线型和弯道型拦河闸式引水枢纽型式施工难度较大[1]。而金沟河流域河床宽度大，坝址处河床宽度最宽可达175.5m，对于内外库闸坝结合引水枢纽型式而言，建筑物较单一，布置简单，施工难度更低。

2.4.2 运行管理

（1）直线型拦河闸式引水枢纽布置型式由于采取正向泄洪冲沙方式，平顺束窄的沉沙冲沙槽能借助洪水将泥沙冲向下游，受金沟河流域来水不均的限制，引水比较高时必须间歇式冲沙，所以沉沙冲沙槽实际运行过程中可能面临无水冲沙的情况。该型式施工导流采用河床一次性拦断+围堰挡水，通过原泄洪闸左右两侧泄孔泄流[2]。泄洪闸前置，在遇沙后进水口封堵，引水量减小，后置的进水闸和冲沙闸则只能依靠泄洪闸引流，增大了运行管理难度。此外，直线型引水枢纽使得全部水流经由泄洪冲沙闸流出，给上游泄洪闸引水排沙工况造成较大的运行压力，泄洪闸一旦出现问题，必将彻底丧失引水排沙功能。直线型引水枢纽实行全河道拦截导流，增加施工难度和投资的同时，降低了围堰导流的保障度。

（2）弯道型拦河闸式引水枢纽布置型式主要通过减小弯道宽度和转弯半径实现弯道环流，金沟河渠首除险加固工程两侧山体高而陡峭，所围成的弯曲河道天然弯曲度并不大，若人工引水弯道转弯半径减小，转弯曲度增大，则必将增加河道总宽度，难以保证其与上游河道衔接的平顺性。根据《水闸设计规范》(SL 265-2016)，引水弯道所需冲沙流量为进水闸的2.2～2.5倍[3]，设计流量为100 m3/s～120 m3/s，鉴于金沟河流域洪水过程线，冲沙横向环流的产生至少需要2年一遇的洪水，在短时间内就可达到弯道环流的理想运行状态，但引水与防沙矛盾突出，运行管理难度大。

（3）内外库闸坝结合引水枢纽型式由平均宽度50 m 的泄洪冲沙槽形成外库，其主要通过坝段右侧的雍高水位将河道泥沙中沉积推移质拦截在外，并借助间歇性洪水经由坝段右侧泄洪冲沙闸排出，外库表层清水由泄洪闸上游溢流堰引至内库溢流和进一步沉淀，待推移质和悬疑质泥沙水沙分离后将清水由河道下坝左岸引水闸引入干渠，供水质量有了保证[4]。内外库闸坝结合型式运行能实现灵活调蓄，冲沙引水分开后能有效避免无水冲沙，保证渠首除险加固工程防沙冲沙效果，并延缓泥沙淤积，再加上合理的调度运行，便可实现日调节、日稳定的状态，使下游闸点的调闸工作量大大减轻。

2.4.3 投资经济性

直线型拦河闸式引水枢纽布置型式直接投资约7491.81 万元，弯道型拦河闸式引水枢纽布置型式直接投资约9183.28 万元，内外库闸坝结合引水枢纽布置型式直接投资约7178.65 万元，投资额最小。

由综合比选结果可以看出，直线型和弯道型拦河闸式引水枢纽布置型式在技术可行性、施工难易程度、运行管理、投资经济性等方面均难以满足工程建设实际。金沟河渠首除险加固工程引水枢纽最终采用内外库闸坝结合型式。

3 内外库闸坝结合型式具体布置

金沟河引水枢纽工程采用内外库引水枢纽布置型式，工程由泄洪冲沙闸、引水闸、溢流堰、上下坝等建筑组成。引水枢纽外库正常水位821.00 m，设计洪水位821.40 m，校核洪水位821.87 m，内库正常蓄水位820.20 m。

3.1 泄洪冲沙闸

泄洪冲沙闸位于主河床右侧，左侧与下坝相连，右侧与护岸连接。泄洪冲沙闸总长20 m，共设3 孔，采用开敞式平底闸，闸孔净宽均为6.5 m，为C25 钢筋混凝土整体结构，闸下为C20 混凝土防渗墙。闸底板高程815.00 m，闸顶高程823.00 m，闸总高14.5 m。

3.2 引水闸

引水闸位于下坝中部，与泄洪冲沙闸一字布置，闸后出口翼墙与原枢纽上游导流堤相接，并经240 m 长原引水弯道将导向原进水闸入渠。引水闸闸井为单孔，孔口尺寸4 m×4 m，闸长18.25 m，闸室底板高程812.00 m，闸顶高程823.00 m，闸净高12 m，为C25 钢筋混凝土整体结构，后接1:8 陡坡与消力池连接。

3.3 溢流堰

溢流堰位于上坝段内，泄洪冲沙闸左侧。溢流堰宽30 m，堰顶高程820.2 m，为宽顶折线堰，堰高11.46 m，顶宽16.28 m，堰边坡为1∶2.25，堰身外壳为钢筋混凝土结构，内填沙砾石。堰顶上部布置钢坝门，门高2 m。

3.4 挡水坝

挡水坝分别由上坝、下坝组成。上坝位于枢纽上游，为复合土工膜心墙坝，坝长530.63 m，为梯形断面，高6 m～14.5 m，坝顶宽度3 m，坝顶高程823.00 m，上下游边坡均为1∶2.25。坝体主要采用沙砾石填筑，内库侧坡底布置排水棱体。外库右侧坡底采用砼斜墙一坡到底，上覆2 m 厚铅丝石笼防冲结构。坝身两侧均采用混凝土板护坡，板厚0.2 m。下坝位于内库下游，为复合土工膜斜墙坝。坝长132.05 m，为梯形断面，高10 m～14.5 m，坝顶宽度4.5 m，坝顶高程823.00 m，上、下游边坡分别为1∶2.25、1∶2。坝体主要采用沙砾石填筑，坝身引水面采用混凝土板护坡，板厚0.2 m，底部铺设PE 复合土工膜。下游护坡采用0.5 m×0.5 m预制网格梁护坡，坡底布置1 m 宽干砌石排水沟。

4 结论

本文分析结果表明，内外库闸坝结合型式能保证泄洪冲沙闸前河槽沉沙排沙的稳定性，引水冲沙效果良好，减少供水泥沙含量，有效改善水质，抑制泥沙对枢纽工程所可能造成的冲刷破坏，在充分掌握来水情况及泥沙运动规律的基础上，能灵活调控枢纽工程的运行，充分发挥枢纽工程引水防沙的积极作用。金沟河渠首除险加固工程内外库闸坝结合引水枢纽能有效解决渠首枢纽泥沙淤积、引水难等问题，在技术可行性、施工难易程度、运行管理、投资经济性等方面均优于直线型和弯道型拦河闸式引水枢纽布置型式。