袁喜泉

（烏魯木齊市水利勘測設(shè)計院（有限責(zé)任公司）,新疆 烏魯木齊 830049）

1 項目概況

三屯河?xùn)|干渠首位于新疆昌吉州三屯河水庫下游約13 km的河道上，建成于1963 年，原設(shè)計引水流量15 m3/s；泄洪閘原設(shè)計過閘流量60 m3/s，沖沙閘原設(shè)計過閘流量70.2 m3/s，屬Ⅲ等中型工程，現(xiàn)狀控制面積16 萬畝。因建造年代久遠,渠首不滿足現(xiàn)今防洪要求,各閘室漿砌石結(jié)構(gòu)存在缺損、凍脹破壞、老化現(xiàn)象，水閘混凝土破損嚴重,水閘下游沖刷嚴重,鋼閘門銹蝕，止水效果差，根據(jù)《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)報廢標準》（SL 226 -98）2.0.4 條，達到報廢標準，急需改造。

三屯河流域是典型的內(nèi)陸干旱和半干旱地區(qū)，由于主要補給方式為雨雪和冰川混合補給的河流，造成年徑流的年內(nèi)分配十分不均，年內(nèi)變化較大，6 月～8 月的徑流量占年徑流量的68.9%，最大四個月（5 月～8 月）的徑流量占年徑流量的77.8%。

據(jù)三屯河碾盤莊水文站實測泥沙資料統(tǒng)計，泥沙主要集中在汛期，夏季懸移質(zhì)輸沙量較徑流量更為集中，連續(xù)最大四個月（5 月～8 月）的懸移質(zhì)輸沙量占年懸移質(zhì)輸沙量的98%。

2 總體布置方案選擇

本工程所在河段河道順直，河床寬淺，縱坡約9.1‰左右。根據(jù)河道徑流和泥沙特點及現(xiàn)場河道條件，本次設(shè)計選取攔河全閘式引水渠首方案和攔河閘堰式引水渠首方案進行比選。

2.1 方案一：攔河全閘式引水渠首

（1）閘孔總凈寬計算

上游泄洪沖沙閘閘孔總凈寬按設(shè)計工況最大過閘流量計算確定，為設(shè)計洪水工況時所承擔(dān)的泄流量，按校核工況進行復(fù)核，根據(jù)水文成果設(shè)計洪水流量為534 m3/s，校核洪水流量為994 m3/s。

泄洪沖沙閘擬定為平底閘，正面泄流，為寬頂堰流，閘前水深根據(jù)設(shè)計洪水時閘址處天然河道水面線對應(yīng)水深，過閘水位差及閘孔數(shù)綜合擬定，行進流速根據(jù)規(guī)范取距堰壁3倍～5 倍堰前水深的斷面處的河道平均流速。水力計算見表1。

表1 泄洪沖沙閘閘孔總凈寬計算表

進水閘只承擔(dān)引水任務(wù)，在洪水期按不引水工況處理。閘孔凈寬按進水閘引水流量進行計算確定，凈寬為6 m。

（2）平面布置

攔河全閘式引水渠首由泄洪閘、沖沙閘、進水閘、上下游導(dǎo)流堤等組成?？傮w布置如下：設(shè)計泄洪沖沙閘攔河布置，閘孔總凈寬89 m，大于計算值，閘孔數(shù)11 孔，其中沖沙閘3孔，單孔凈寬3 m，泄洪閘8 孔，單孔閘寬10 m；進水閘總凈寬6 m，孔數(shù)2 孔，單孔凈寬3 m。進水閘位于右岸，沖沙閘閘室右側(cè)緊鄰進水閘布置，左側(cè)與泄洪閘相接，泄洪閘右側(cè)緊鄰沖沙閘，左側(cè)與左岸上游導(dǎo)流堤相接。進水閘與泄洪沖沙閘軸線夾角為30 °，泄洪閘閘底高程高于沖沙閘閘底高程0.5 m，進水閘閘底高程高于沖沙閘底板高程2.0 m，沖沙閘與泄洪閘之間在上游護坦設(shè)置潛沒式導(dǎo)沙坎，導(dǎo)沙坎頂高程高于泄洪閘閘底高程1.0 m。泄洪沖沙閘上、下游整治段長度150 m，兩側(cè)設(shè)導(dǎo)流堤，其中上游右側(cè)導(dǎo)流堤長55 m，與河道中軸線呈30°夾角與現(xiàn)狀右岸河坎連接；上游左側(cè)導(dǎo)流堤利用現(xiàn)狀導(dǎo)流堤，根據(jù)堤前水位高程對現(xiàn)狀導(dǎo)流堤進行加高、加固，長度300 m；下游左側(cè)導(dǎo)流堤長10 m，下游右側(cè)導(dǎo)流堤120 m，下游導(dǎo)流堤出口處以半徑50 m圓弧45 °轉(zhuǎn)向，呈倒“八”字型向兩側(cè)延伸，由于現(xiàn)狀河寬較寬，無法與現(xiàn)狀河坎連接，因此下游導(dǎo)流堤末端做圓形裹頭，折向上游。進水閘末端設(shè)消力池，消力池末端新建梯形引水渠與現(xiàn)狀彎道入口連接。布置圖見圖1。

2.2 方案二：攔河閘堰式引水渠首

（1）閘孔凈寬、孔數(shù)和溢流堰長度計算

泄洪閘閘孔單孔凈寬為10 m，沖沙閘閘孔單孔凈寬為3 m，根據(jù)洪水流量，對不同泄洪閘閘孔數(shù)和溢流堰長度組合進行試算。按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL 265 -2016）4.2.7∶閘孔孔數(shù)少于8孔時，宜采用單數(shù)孔。沖沙閘按滿足常遇洪水流量70 m3/s過流能力計算，確定孔數(shù)為3 孔；溢流堰最大堰高按滿足進水閘加大流量引水要求確定為3.0 m。對泄洪閘孔數(shù)和溢流堰長度按四種組合進行試算：組合一、泄洪閘3 孔，溢流堰長度150 m；組合二、泄洪閘5 孔，溢流堰長度150 m；組合三、泄洪閘5 孔，溢流堰長度100 m；組合四、泄洪閘7 孔，溢流堰長度50 m。泄洪沖沙閘擬定為平底閘，正面泄流，按寬頂堰流公式計算過流能力；溢流堰為擬定側(cè)堰，側(cè)堰軸線與水流方向夾角為42.4 °，按側(cè)堰公式計算過流能力。各種組合下泄洪沖沙閘、溢流堰閘前水深和泄洪流量分配成果見表2 ～ 表3。

圖1 東干渠首改造工程方案一平面布置圖

表2 各種組合設(shè)計洪水水力學(xué)計算成果表

表3 各種組合校核洪水水力學(xué)計算成果

由表2 、表3 可知，當(dāng)泄洪閘為3 孔時，由于閘孔寬度過小，導(dǎo)致閘前水深大，單寬流量大，過閘水位差大，加劇閘后沖刷，易導(dǎo)致下游河床下切；當(dāng)泄洪閘為7 孔時，閘孔過流能力過大，導(dǎo)致校核洪水工況下溢流堰泄流量都很小，失去了設(shè)置溢流堰的意義；當(dāng)泄洪閘孔數(shù)為5 孔時，相同堰長情況下，可較3 孔時閘前水深降低0.63 m，且設(shè)計洪水工況下，溢流堰不過流，泄洪沖沙閘泄洪能力滿足設(shè)計洪水過流要求，校核洪水時，溢流堰承擔(dān)部分泄洪任務(wù)，可兼顧運行調(diào)度與安全的需要，因此本次設(shè)計采用泄洪閘孔數(shù)為5 孔。

根據(jù)組合二、組合三計算成果可知，泄洪閘同為5 孔時，受進水閘引水需要，溢流堰高度無法降低，溢流堰長度由100 m增加至150 m時，閘前水深僅降低降低了0.11 m，而溢流堰長度過長，增加工程投資，且不利于水力沖沙，將加劇堰前淤積。因此本次設(shè)計根據(jù)計算成果，綜合考慮，溢流堰長度定為100 m。

綜上所述，攔河閘堰式引水渠首確定為沖沙閘3 孔，單孔凈寬3 m；泄洪閘5 孔，單孔凈寬10 m；溢流堰長度100 m，最大堰高3.0 m。

（2）平面布置

攔河閘堰式引水渠首由泄洪閘、沖沙閘、溢流堰、進水閘、上下游導(dǎo)流堤等組成。工程總體布置如下：設(shè)計泄洪沖沙閘攔河布置，進水閘位于右岸，沖沙閘閘室右側(cè)緊鄰進水閘布置，左側(cè)與泄洪閘相接，泄洪閘右側(cè)緊鄰沖沙閘，左側(cè)與溢流堰相接。根據(jù)閘址地形條件，溢流堰采用側(cè)向布置，軸線與泄洪沖沙閘軸線夾角42.4 °，與左岸現(xiàn)狀導(dǎo)流堤方向保持一致。在《低水頭引水防沙樞紐》中介紹：當(dāng)進水閘引水要求需引取河道枯水期全部流量時，溢流堰的設(shè)設(shè)計堰頂高程等于進水閘水位再加0.1 m～0.3 m的過閘水頭損失。根據(jù)進水閘加大引水流量水位計算成果，本次設(shè)計水溢流堰堰頂高程比進水閘加大引水流量水位高0.18 m，使其可兼?zhèn)湫∷畬?dǎo)流與大水泄洪的功能，溢流堰末端與左岸上游導(dǎo)流堤相接。其他工程布置和方案一相同，方案二見圖2。

圖2 東干渠首改造工程方案二總平面布置圖

表4 總體布置方案比選表

兩方案列表比較見表4。根據(jù)比較，攔河閘堰式方案工程布置緊湊，過水寬度較大，水流較分散，可減少閘后沖刷；運行管理方便，發(fā)生超標準洪水時有一定超泄能力；施工難度小，工程量較小，施工進度較快，工程造價較低；雖堰前易產(chǎn)生淤積，但通過合理工程布置，合理運行調(diào)度，可緩解這一矛盾。

經(jīng)綜合分析考慮，攔河閘堰式渠首方案總體上優(yōu)于攔河全閘式方案，因此本次設(shè)計將方案二：攔河閘堰式渠首方案作為推薦方案。

3 結(jié)語

通過實際運行情況看，三屯河?xùn)|干渠首不但運行較以前渠首簡便，而且防沖防淤效果較好，通過渠首的改造提高了下游工農(nóng)業(yè)供水的保證率，為造福昌吉州乃至整個新疆經(jīng)濟提供保證。工程分析結(jié)果也可為干旱和半干旱地區(qū)河流的渠首布置型式的設(shè)計選型提供參考和借鑒。