民生渠首工程改建方案的優(yōu)化比選

宋志勇

（新疆喀什地區(qū)水利水電勘測設(shè)計院 新疆 喀什 844000）

1 工程概況

葉爾羌河是新疆喀什地區(qū)的一條主要河流，也是塔里木河的源流之一。該流域控制灌溉面積651.47萬畝，其中耕地面積480萬畝，是全疆第一大灌區(qū)，全國第四大灌區(qū)。

在葉爾羌河流域規(guī)劃中，規(guī)劃了六級引水樞紐，采用集中引枯，分級引洪，調(diào)蓄結(jié)合的方式保證綠洲的灌溉用水。民生渠首是葉爾羌河流域規(guī)劃中的第五級引水渠首，位于葉爾羌河下游巴楚縣境內(nèi)阿克董附近的河段上，地理位置為東經(jīng) 77°40'，北緯 39°11'，距巴楚縣城西南115km，上游距卡群站187km，距喀什市約200km。其主要擔(dān)負(fù)著巴楚縣六個鄉(xiāng)、兩個鎮(zhèn)、三個場的72.78萬畝灌溉引水以及草龍、幫克爾、紅海、衛(wèi)星四座水庫總庫容為1.72億m3的蓄水任務(wù)。

根據(jù)水利水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，民生渠首屬Ⅱ等大（二）型工程。設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)三十年一遇，設(shè)計洪水流量為1662m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)百年一遇，校核洪水流量為2353m3/s。民生渠首位于塔里木盆地西部，地貌上屬葉爾羌河中下游沖積平原，河段開闊平坦，寬達(dá)2km～3km。河道縱坡1/2500左右，側(cè)蝕強(qiáng)烈，兩岸階地不發(fā)育。地形是西南高，北東低，流向北東，主流常變動，支流分散不穩(wěn)定，沿河兩岸生長著甘草、林帶及農(nóng)作物。區(qū)域內(nèi)主要出露的地層為第四系全新統(tǒng)沖洪積物，以土灰、土黃色泥質(zhì)粉砂、青灰色粉砂、粉—細(xì)砂為主。河床質(zhì)砂層平均粒徑0.10mm左右，顆粒細(xì)，不均勻系數(shù)小，呈松散—稍密態(tài)，天然密度1.91g/cm3，內(nèi)摩擦角29°，滲透系數(shù)4.2×10-3cm/s，地基承載力100kPa。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造比較穩(wěn)定，無斷裂構(gòu)造發(fā)育，工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

2 渠首工程存在的問題

1985年，民生渠首進(jìn)入初步設(shè)計階段。其設(shè)計由于工程投資的限制，降低了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計中按Ⅲ等建筑物3～5年一遇洪峰流量進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以半永久性工程考慮，設(shè)計洪水流量為700m3/s,校核洪水流量為900m3/s。經(jīng)過渠首建成后多年運(yùn)行證明，泄洪能力不足，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低。由于以上原因，該渠首工程在起始運(yùn)行的幾年中，曾出現(xiàn)過三次大的險情，渠首的防洪形勢不容樂觀，為此巴楚縣每年投入大量的人力和物力對工程進(jìn)行防洪。1998年巴楚縣投入300多萬元對閘后消能防沖部分進(jìn)行了水毀修復(fù)和加固，才未使渠首在1999年特大洪水中遭受重大損失，但還是未能從根本上解決泄洪能力不足、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題。因此，提出民生渠首改建工程，以圖徹底解決民生渠首的上述問題。

3 主體工程設(shè)計方案

3.1 第一方案：閘、潰壩結(jié)合

本方案的設(shè)計主要考慮了葉爾羌河洪水類型和特性及減少工程投資等方面。在三十年一遇的設(shè)計洪水流量時（1662m3/s），設(shè)計由原進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘及新增的8孔泄洪閘共同宣泄，此時閘前水位為1161.80m，原進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘過流809m3/s，新增泄洪閘過流853m3/s。當(dāng)來水量超過三十年一遇洪水流量時，潰壩段開始潰壩。當(dāng)河道來水量達(dá)到百年一遇的校核標(biāo)準(zhǔn)時（2353m3/s）時，由原設(shè)計進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘及新增的8孔泄洪閘和潰壩段共同宣泄，此時閘前水位為1161.80m，原進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘過流809m3/s，新增泄洪閘過流853m3/s，潰壩段過流691m3/s。該方案所需潰壩段長度為400m。

3.2 第二方案：全閘方案

本方案設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水流量由原渠首進(jìn)水閘、沖砂閘、泄洪閘及新增的16孔泄洪閘共同宣泄。即當(dāng)閘前為設(shè)計洪水位1161.00m時，原民生渠首各閘總泄流量為637.5m3/s，新增泄洪閘泄流1024.5m3/s;當(dāng)閘前為校核洪水位1161.80m時，由原民生渠首各閘總共下泄流量為809m3/s，新增泄洪閘下泄1544m3/s。

3.3 第三方案：閘、堰結(jié)合

本方案考慮采用原民生渠首各閘和新增泄洪閘、溢流堰共同宣泄洪水。新增泄洪閘閘底高程同原泄洪閘閘底高程，溢流堰頂高程的確定是考慮到保證各進(jìn)水閘引夠所需的流量時的工作水位，因而確定溢流堰頂高程為1161.00m。根據(jù)計算，溢流堰長460m。當(dāng)河道來水量為設(shè)計洪水流量1662m3/s時，閘前設(shè)計洪水位為1161.35，此時原民生渠首各閘泄流637.5m3/s，新增11孔泄洪閘泄流894.5m3/s，溢流堰泄流130m3/s；在校核洪水位1161.80m時，原民生渠首各閘泄流809m3/s，新增泄洪閘泄流1091m3/s，溢流堰泄流453m3/s。

4 方案比較

本次民生渠首改建工程根據(jù)不同的洪水宣泄方式布置了三個方案，現(xiàn)對各個方案進(jìn)行比較。

第一方案（閘、潰壩結(jié)合方案）：本方案考慮到葉爾羌河洪水類型及特性，采取以潰對潰措施。設(shè)計洪水由原民生渠首各閘及新增的泄洪閘共同運(yùn)行泄洪，超過設(shè)計洪水流量采用潰壩段處理。因本方案設(shè)有不護(hù)底潰壩段，減少了攔河閘的工程量，其工程量和工程投資是三個方案中最少的。但因潰壩段的作用是壅高水位以滿足灌溉引水的要求，其僅在很小的程度上起到調(diào)節(jié)水位、流量的要求，對渠首的運(yùn)行管理工作要求較其他方案偏低。

第二方案（全閘方案）：本方案考慮設(shè)計洪水和校核洪水的泄洪均由攔河閘來承擔(dān)。該方案的優(yōu)點在于可利用攔河閘靈活調(diào)節(jié)水位、流量，對渠首上、下游河道形態(tài)改變小，也便于洪水期泄水、沖沙。但由于攔河閘所需孔數(shù)多，相應(yīng)的所需啟閉設(shè)備及工程量也較大，工程投資居三個方案之中。另外，因攔河閘數(shù)量多，對工程運(yùn)行操作管理要求高，根據(jù)葉爾羌河的洪水特性，泄洪閘的有效利用率不高。

第三方案（閘、堰結(jié)合方案）：本方案考慮在設(shè)計洪水及校核洪水情況下，由原民生渠首各閘、新增泄洪閘和溢流堰共同承擔(dān)宣泄洪水任務(wù)。本方案因溢流堰參與泄洪，對運(yùn)行管理上的要求相對較低，運(yùn)行管理優(yōu)于二方案。但因溢流堰較長，泥沙易淤積于堰前，汛期泄洪造成表層較清水流泄下。溢流堰采用護(hù)面形式，相應(yīng)增加了本方案的工程量，工程投資居三個方案之首。根據(jù)以上對渠首工程各方案的運(yùn)行條件，工程量及工程造價等因素的多方比較分析看，第一方案具有工程量小，工程投資最低，結(jié)合葉河洪水特性考慮既經(jīng)濟(jì)又合理，操作運(yùn)行較安全方便、靈活，即使遭遇特大洪水潰壩后易于修復(fù)等優(yōu)點。因此，推薦第一方案。

5 結(jié)語

在葉爾羌河這樣的游蕩性、多泥沙河流上改建攔河渠首，保證引水及泄洪沖沙是水工設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到水利工程的運(yùn)行安全性和實用性。民生渠首改建工程的推薦方案，保留和充分利用了渠首前的人工彎道，以凹岸引水，防止了泥沙入渠，防沙效果顯著。推薦方案改建時充分利用了原民生渠首的引水及沖沙閘，為工程建設(shè)節(jié)省了資金。新增的泄洪閘不但為原有的泄洪閘減輕了泄洪壓力，提高了渠首工程泄洪能力，還解決工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低的問題。泄洪閘平時關(guān)閘壅水沉沙，汛期開閘泄水排沙，很好地起到了基本上不改變原河道的形態(tài)，又使進(jìn)水閘始終保持良好的進(jìn)水條件的作用。因此，推薦方案的提出，對解決民生渠首現(xiàn)狀存在的問題，具有很好的現(xiàn)實意義，同時還為今后在多泥沙河流上的修建渠首工程提供了有益地參考。陜西水利

[1]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計手冊[K].北京:水利電力出版社.1984.

[2]張世儒,高逸士,夏維城等.水閘[M].北京:水利電力出版社.1983.256-356