哈巴河哈拉西力克水闸安全评价分析
2021-12-03宋海波水利部新疆水利水电勘测设计研究院
宋海波 水利部新疆水利水电勘测设计研究院
1.工程概况
哈拉西力克水闸位于新疆阿勒泰地区哈巴河县库勒拜乡喀拉希力克村，地处哈巴河中下游河段，是一座以灌溉引水为主，兼顾防洪和生态的闸堰结合拦河式水闸，担负库勒拜乡5000亩耕地灌溉及下游河谷林场及草场生态用水任务。工程主要建筑物由进水闸、泄洪冲沙闸、拦河溢流堰、上游连接段四部分组成。水闸在多年的运行过程中，存在着工程隐患。本文对哈拉西力克水闸进行安全评价分析，并对水闸在运行中暴露出来的问题提出有关建议，为工程除险加固提供依据。
2.工程安全检测分析
哈拉西力克水闸受当时经济及技术条件所限，工程建设采用边设计、边施工、边调整的方式进行。设计缺乏控制性指标，存在采用水文系列不长、资料精度不高、地质勘探不详、未进行闸下游消能防冲设计等问题。施工受当时条件的影响，砌筑材料主要采用人工拌合混凝土，只将闸基表层的泥土、树根等清理后就直接在砂卵石基础上施工，清基不砌底。经检测，总体上整个工程混凝土剥落及麻面程度达到80%，金属结构锈蚀程度达到70%，整个工程质量外观较差，水闸枢纽混凝土强度值较低。
3.工程安全评价分析
3.1 防洪标准安全分析
3.1.1 安全超高的确定
水闸闸顶高程应根据挡水和泄水两种运用情况确定。挡水时，正常蓄水位时安全超高值为0.4m，最高挡水位时安全超高值为0.3m。波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田公式进行计算。泄水时，设计洪水位时安全超高值为0.7m，校核洪水位时安全超高值为0.5m。
3.1.2 计算公式及参数
3.1.2.1 采用莆田公式对波浪的平均波高和平均波周期进行计算
式中：hm—平均波高，m；
Tm—平均波周期，s；
Lm—平均波长，m；
W—计算风速，m/s；
D—风区长度，m；
Hm—水域平均水深，m；
g—重力加速度，取9.81m/s2；
3.1.2.2 平均波浪爬高的计算
当单板的坡度系数m≤1.5时，正向来波在单坡上的平均波浪爬高Rm：
式中：Rm—平均波浪爬高，m；
K△—斜坡的糙率渗透性系数；
Kw—经验系数；
hm—平均波高；
R0—为无风情况下，平均波高为1m时光滑不透水护面的爬高值；
3.1.2.3 风速计算
对本工程最不利的风向是NW，气象站相应的多年平均最大风速为14m/s。正常运用条件下，设计风速采用多年平均年最大风速的1.5倍，即2 1 m/s；非常运用条件下，设计风速采用多年平均年最大风速，即14m/s。
经复核计算，闸顶与堤顶高程计算结果见表1，进水闸和冲沙闸设计闸顶高程、上游连接段护岸挡墙设计墙顶高程、进水闸和冲沙闸之间导水墙设计墙顶高程均不应低于475.05m，现状进水闸闸顶高程、冲沙闸闸顶高程、右岸挡墙、左岸挡墙、导水墙墙顶高程均不满足规范安全超高要求。
表1 闸顶与堤顶高程计算成果表
工程设计洪水标准为20年一遇，设计泄洪流量为135m3/s，设计洪峰流量为256.00m3/s，校核洪水标准为50年一遇，校核流量为303.00m3/s。在保证水闸枢纽安全超高的情况下，进水闸引水流量为1.20m3/s，冲沙闸过水流量为8.97m3/s，溢流堰过水流量为23.20m3/s，该水闸枢纽泄洪过流能力为33.37 m3/s，不能达到设计洪水和校核洪水标准。随着上游河道淤积，洪水位不断升高，对河道两岸冲刷将加强，新的水土流失也逐年加大，极大威胁着下游群众的财产和生命安全。
3.2 其他复核评价分析
对水闸枢纽的进水闸、冲沙闸、溢流堰进行渗流稳定、结构安全、抗震安全复核计算，并对水闸枢纽的进水闸、冲沙闸的金属结构进行安全复核计算，存在以下问题。
①进水闸基底出口段及水平段、冲沙闸基底出口、溢流堰基底渗透出口段及水平段渗透坡降均大于允许坡降，不满足标准要求。
②水闸枢纽中进水闸、冲沙闸及溢流堰下游均未设置消能防冲设施，经消能防冲安全复核计算，进水闸闸后为淹没式水跃，不需要设置消能设施，而冲沙闸及溢流堰均为远驱式水跃，需要设置消能设施。
③对水闸枢纽冲沙闸启闭机进行安全复核计算，冲沙闸启、闭门力均小于设备启闭机启、闭门力符合标准要求，但启闭螺杆安全长度不足。
4.结论及建议
通过《水闸安全评价导则》，最终确定哈拉西力克水闸为四类闸，水闸管理单位须制定保闸安全应急措施。
（1）进水闸、冲沙闸闸顶高程，上游连接段护岸挡墙墙顶高程，进水闸和冲沙闸之间导水墙墙顶高程超高不足，加高闸顶、墙顶高度，并在上游适宜位置增加泄洪设施，使其满足引水、挡水和泄洪冲沙要求。
（2）水闸枢纽应加长水平铺盖、加大闸基底部齿墙深度，满足渗流安全稳定。
（3）冲沙闸和溢流堰下游设置消能防冲设施，加长海漫段，减少水流对下游建筑物及渠道、河道的冲刷。
（4）水闸枢纽中闸门建议采用钢闸门且止水采用橡皮止水，经常维护钢闸门及更换止水橡皮，启闭机建议采用手电两用螺杆启闭机，配套螺杆长度预留安全长度。
（5）建议新增输电线路，电力设施及电气设备，对枢纽启闭设备配备手电两用及限位装置，便于管理人员操作管理。
（6）建议新增观测、监测、监控及自动化设施，新建防洪值班房。
