劉英超

（遼寧省喀左縣水利局，遼寧 喀左 122300）

1 工程概況

水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程位于大凌河中上游，遼寧省喀左縣水泉鄉(xiāng)境內(nèi)，壩址以上流域面積5850km2，河道比降0.1%，水閘總庫容250萬m3，灌區(qū)灌溉面積1000hm2，其中左干渠灌溉面積800hm2，右干渠灌溉面積200hm2，電站裝機容量600kW，年發(fā)電量314萬kW·h。本工程于1992年開工興建，同年建成交付使用，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游為一體的水利樞紐工程。

工程從左到右分別布置有左干渠進水閘、電站進水閘、沖砂閘、水力自動翻板閘、副壩、右干渠進水閘；水閘上、下游布置有堰前鋪蓋及石籠海漫。水泉灌區(qū)水力自動翻板閘的工程等別Ⅱ等，主要建筑物的級別3級，次要建筑物的級別3級，臨時建筑物的級別4級。工程設計洪水標準20年一遇，設計洪峰流量4420m3/s，設計洪水位260.94m；校核洪水標準50年一遇，校核洪峰流量6960m3/s，校核洪水位263.12m。攔河閘正常運行水位257.5m 。

工程建成至今已運行20多年，但由于年久失修、凍融、人為破壞等原因所致，水閘目前存在諸多安全隱患，為確保工程運行多年后仍能達到設計防洪標準，需對工程進行過流能力復合及除險加固工作。

2 過流能力復核

2.1 過流能力計算

工程建于20多年前，需要對水泉灌區(qū)水力自動翻板閘除險加固工程過流能力進行復核，工程附近有上窩鋪水文站實測資料，采用武漢大學開發(fā)的《水文頻率曲線計算》軟件，得到配線成果與《大凌河規(guī)劃》、《喀左縣大凌河西支堤防工程初步設計報告》成果對比如表1。

表1 洪水計算成果對比

從表1看出，延長洪水資料系列后，各頻率洪水值逐漸減小，主要是近幾十年沒有發(fā)生較大洪水造成的。經(jīng)對大凌河上下游、干支流各站的洪峰頻率分析統(tǒng)計參數(shù)比較，認為《大凌河規(guī)劃》參數(shù)成果較準確，符合水文規(guī)律，同時本工程設計頻率下的洪水成果也較安全。

設計洪水采用《大凌河規(guī)劃》中的洪水計算成果。即P=5%時，Q5%=4420m3/s；P=2%時，Q2%=6960m3/s。計算采用上窩鋪水文站20年一遇的洪峰流量4420m3/s，而1992年的設計洪峰流量4080m3/s，同2000年《大凌河規(guī)劃》中計算的同頻率洪峰流量相比，計算的方法相同，20年一遇的洪峰流量減少340m3/s，不符合水文規(guī)律。分析認為1992年設計時，洪水計算采用頻率法，計算過程均為手算，P-Ⅲ曲線為手工繪制，結(jié)算從繪制的P-Ⅲ曲線上查得，可能會存在較大誤差［1］。

本次計算工程所在地洪水標準可采用直接移用及面積比擬的方法，從上窩鋪水位站至壩址處集雨面積133km2，而上窩鋪水文站以上集雨面積5717km2。根據(jù)面積比擬法流域面積比值2.33%＜5%，可對上窩鋪水文站的水文資料進行移用。

上窩鋪水文站位于水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程上游5km處，是喀左縣唯一一座水文站，對比上窩鋪水文站與項目所在地氣象條件和自然地理條件相似，所以直接移用上窩鋪水文站的資料即可。

2.2 過流能力復核

過流能力復核可分為2種情況：

（1）當閘門未全開時（20cm≤H0≤50cm），閘門總泄量為閘門頂過流加閘下出流，如式（1）：

式中 Q為泄量(m3/s）；B為閘門寬（m），B=182m；H0為閘上全水頭 （m）；m為流量系數(shù)，m=0.45；μ為流量系數(shù)，μ=0.60-0.176e/H；e為閘門開啟高度（m）。

（2）閘門全開時（H0≥50cm），根據(jù)相應的實驗資料，如式（2）：

式中 m為流量系數(shù)，取0.36。

1992年遼寧省水利水電科學研究院根據(jù)模型所做的流量系數(shù)實驗數(shù)據(jù)［2］，采用閘寬182m，26孔翻板閘，實驗成果如表2，復核結(jié)果如表3。

表2 流量系數(shù)實驗成果

表3 泄流量計算結(jié)果

當水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程通過校核洪水時，上游水位超過壩頂1.12m，土壩漫頂易沖毀，攔河閘過流能力不滿足要求。

3 除險加固方案比選

3.1 除險加固方案

通過過流能力復核計算，工程現(xiàn)狀過流能力不滿足要求，需通過增大過流能力來保證水閘安全，有加高副壩、副壩加高且加2孔翻轉(zhuǎn)閘、副壩加高且增加4孔翻轉(zhuǎn)閘共3套方案供選擇。

3.1.1 加高副壩（方案1）

通過表3計算成果可知，在50年一遇的洪峰流量6960m3/s情況下，復核閘前水位263.12m，壩頂高程264m，現(xiàn)狀壩頂高程262m，從而副壩需增加2m。副壩加固后土壓力增大，邊墻穩(wěn)定性存在安全隱患，所以邊墻應拆除重建。

3.1.2 副壩加高且加2孔翻轉(zhuǎn)閘（方案2）

現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)閘加2孔后為28孔，攔河閘凈寬196m，閘前水位262.72m，復核壩頂高程為263.61m，因此副壩需加高1.61m，且原副壩應拆除14m新建2孔翻板閘，原邊墻必須拆除，在垂直翻轉(zhuǎn)閘軸線位置重建。

3.1.3 副壩加高且增加4孔翻轉(zhuǎn)閘（方案3）

現(xiàn)在翻轉(zhuǎn)閘加4孔后變30孔，攔河閘凈寬210m，閘前水位262.36m，復核壩頂高程263.25m，因此副壩需加高1.25m，且原副壩應拆除28m后，由于原副壩與翻轉(zhuǎn)閘不同軸，為了與其連接應新建副壩8m。加孔后原副壩邊墻應拆除重建，新建4孔翻板閘。

3.2 方案比選

本工程3套方案分別從投資方面、運行管理方面、過流能力方面、防治泥沙淤積方面進行比選［3］。

3.2.1 投資

（1）方案1。副壩填筑砂礫料填筑投資估算51.94萬元；由副壩加固土壓力增大，邊墻穩(wěn)定性存在安全隱患，所以邊墻應拆除重建，估算投資184.03萬元，總投資235.97萬元。

（2）方案2。副壩填筑砂礫料填筑投資估算45.25萬元；新建2孔翻板閘估算投資42.32萬元；副壩邊墻拆除重建估算投資175.38 萬元，總投資262.95萬元。

（3）方案3。副壩填筑砂礫料填筑投資估算39.97萬元；副壩邊墻拆除重建估算投資166.75萬元；新建4孔翻版閘門估算投資84.64萬元。

3種方案投資估算對比如表4。

表4 方案投資估算對比

通過比選可看出，隨著翻板閘增加，方案的估算投資也越高［4］，方案1優(yōu)于方案2和方案3。

3.2.2 運行管理

方案1未改變工程原有布置型式，在原有工程現(xiàn)狀對副壩進行加高培厚，提高了副壩防洪標準及副壩邊墻穩(wěn)定性。副壩工程為永久性固定建筑物，加高完成后不需要增加管理人員日常管理任務及管理成本。

方案2、方案3均增加管理單位日常管理任務及管理費用，如水力機械的防銹、維修等養(yǎng)護；閘門止水橡膠等設備更新維護；閘前堆積漂浮物清理，冬季閘前除冰工作，防止閘門無法自動翻轉(zhuǎn)進行了閘前清淤工作等。

通過比選可知，方案1優(yōu)于方案2和方案3。

3.2.3 淹沒面積

通過遼寧省水利水電科學研究院模型試驗及工程多年運行觀測數(shù)據(jù)可知：

（1）水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程閘前洪水位257.7～258m之間時，翻板閘部分開啟。

（2）當閘前洪水位超過258m時，翻板閘逐漸開至最大角度。

（3）當上游水位小于258m時，閘門開始自動關(guān)閉，上游水位小于257.7m時，閘門完全關(guān)閉。

（4）因此當工程抵御20年一遇以上洪水時，水力自動翻板閘開啟至最大角度，3套方案均能達到設計過流能力，但方案1閘前水位最高，上游淹沒區(qū)最大，但工程所在地為山區(qū)丘陵地帶，上游回水區(qū)內(nèi)無村莊、重要經(jīng)濟目標、交通設施等，造成的影響有限。方案1優(yōu)于方案2和方案3。

3.2.4 泥沙淤積防治

本工程左岸電站進水閘與水力自動翻板閘之間布置有1孔沖沙閘，型式為隧洞式有壓涵洞，洞長30m，直徑2.0m，進口底高程251.0m，最大泄水流量29.07m3/s。

沖沙閘進口底高程低于水力自動翻板閘底板高程3.8m，能夠解決工程泥沙淤積問題；當上游洪水位高于水力自動翻板閘30cm時，閘門開啟，泄洪期間也能夠起到輔助清淤作用。因此3套方案泥沙淤積防治方面基本相當。

3.3 比選結(jié)果

（1）投資方面及運行管理方面方案1優(yōu)于方案2和方案3。

（2）過流能力方面方案2和方案3略優(yōu)于方案1。

（3）泥沙淤積防治方面3套方案能力基本相當。

綜合考慮水閘防洪能力和運行管理等因素優(yōu)先選用方案1。

4 結(jié)語

對水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程進行過流能力復核，確定工程防洪能力低于設計標準，需進行除險加固工作，結(jié)合投資大小、運行管理、淹沒面積、泥沙淤積等因素3套除險加固方案進行比選，確定方案1為水泉灌區(qū)水力自動翻板閘工程除險加固方案。