依西拦河枢纽建筑物占河道断面比例的确定

第09期（总第448期）吉林水利2019年09月［文章编号］1009-2846(2019)09-0019-03［收稿日期］2018-01-29［作者简介］赵德亮（1988-），男，汉，本科，工程师，从事水利水电工程设计工作。

1引言依西枢纽修建于1976年，至今已运行42年，该工程以灌溉引水为主，现控制灌溉面积82.39万亩，是下游灌区的重要控制性水利枢纽工程，对流域内的经济建设和社会发展产生了巨大的经济、社会和生态效益。

但原枢纽属于半拦河式，上游依靠临时建筑物引水，堰前未设置冲沙设施，导致枢纽上游淤积严重，过水能力、消能防冲不能满足要求，且引水保证率低，抗洪冲沙能力差，严重影响枢纽的安全运行和正常作用的发挥，亟需进行加固处理。

经方案比选确定本次加固布置形式采用全拦河枢纽。

在全拦河枢纽设计中，根据河道地形地质条件和投资等因素，对建筑物所占河道断面宽度需进行分析确定，以保证建筑物总宽度对泄洪排沙能力的影响，并同时满足工程投资的限制条件[1]。

在工程设计中，如果拦河枢纽建筑物占河道断面比例太小，会雍高上游水位，使泄水建筑物单宽流量变大，增加闸下游消能防冲建筑物布置的难度，甚至影响到水闸工程的运行安全；如果拦河枢纽建筑物占河道断面比例太大，会使建筑物单宽流量过小，工程量加大，造成资金浪费，且不利于集中水流排沙[2]。

因此，本文根据该工程所在河道的地形地质条件和工程设计目标，通过水力计算和设计规范要求，确定拦河枢纽建筑物占河道断面比例，以期达到工程投资最低，运行管理安全的目的。

2建筑物占河道断面比例的分析确定依西枢纽河道宽度为750m ，河道分为左、右两侧，左侧为主河槽，枢纽平均河床高程为1141.00m ，河道纵坡4.0‰，洪水多为季节性洪水，设计洪水标准为30年一遇（P =3.3%），洪峰流量为2256m 3/s ，校核洪水标准为100年一遇（P =1%）洪峰流量为2607m 3/s 。

河流支叉多，心滩多，两岸阶地平坦开阔，级差不大，河流为SE 向。

闸址区地层相对单一，地层岩性主要为第四系全新统冲积不良级配砾，厚度>30m ，砾石成分以花岗闪长岩、灰岩为主，凝灰岩次之，磨圆较好。

工程依托河床左侧主流设置进水闸进行引水对下游灌区进行补充水量，对于多泥沙河流为避免泥沙大量进入下游干渠需在引水闸右侧设置泄洪冲砂闸，将闸前泥沙及时带向下游。

由于原工程引水保证率低且河道洪水多为季节性洪水，为保证引水和泄洪安全，本次选用拦河枢纽布置形式，但拦河工程的总宽度要适当束窄，尽量减小上游水位的雍高[3]。

根据水闸设计丛书治河工程的实践经验，闸室宽度与河道宽度的比值一般在0.6—0.85之间[4]，否则会加大连接段的工程量，从而增加工程总造价，如按此比例进行闸孔总净宽的确定，需设置40孔泄洪闸，全拦河闸方案不仅工程依西拦河枢纽建筑物占河道断面比例的确定赵德亮（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）［摘要］根据依西拦河枢纽布置形式和枢纽水工建筑物的具体运行任务，通过对工程所在河道的地形地质条件分析，初拟了两种不同水工建筑物所占河道断面的比例并进行对比，结果表明，当拦河枢纽建筑物占河道断面比例为0.76时，能够较好的解决拦河枢纽泄洪、排沙、引水、投资等问题，分析结果可为同类工程提供参考。

［关键词］拦河枢纽；建筑物；河道；比例［中图分类号］TV 61［文献标识码］B19--DOI:10.15920/ki.22-1179/tv.2019.09.006量较大，投资较高，后期管理难度和相应成本也会大大提高，而且会增加应对突发性洪水的处置难度，所以根据投资、占地、运行管理难易程度对比，采用闸堰结合布置形式进行泄洪排沙任务，不仅投资较低，而且运行管理较为方便，但泄洪冲沙闸孔数和泄洪闸孔数及闸堰的比例需进一步论证确定，此次设计，在闸孔总净宽确定后选用两种堰长布置形式进行比选，最终确定最优方案。

2.1泄洪冲沙闸闸孔设计分析泄洪冲沙闸的布置应保证及时清理进水闸闸前一定水域的淤沙，即在枯水年（P =75%），七、八月河道径流最大时，仍能保证有径流冲沙，作到泄洪冲沙闸常开状态。

在进水闸正常引水50m 3/s 时，溢流堰不过水，闸前水位为1143.17m ，经计算，泄洪冲沙闸布置3孔，单孔净宽6.0m 较为合理且满足长期冲砂流量，泄洪流量135.51m 3/s ，过流计算结果见表1。

2.2泄洪闸闸孔设计分析泄洪闸闸孔总净宽的确定主要涉及两个问题，一个是过闸单宽流量的大小；另一个是闸室总宽度与河道总宽度的关系。

如果采用的闸孔总净宽过小，使过闸单宽流量过大，将增加下游消能布置的困难，加大闸后冲刷破坏的隐患，甚至影响水闸工程的安全；反之，如果采用的闸孔总净宽过大，使过闸单宽流量过小，工程量加大，造成浪费。

根据水闸设计丛书一般采用的闸孔总净宽要略大于计算值，以留有余地（以超过计算值3%—5%）。

同时还要求闸室总宽度大体上与上、下游河道宽度（即通过设计流量的平均过水宽度）相适应。

根据新疆地区拦河枢纽工程多年实践论证，闸堰的分洪比例各占1/3和2/3较优，且闸的过洪能力至少满足一年一遇的造床流量要求，保证枢纽每年可冲沙运行，当来水大于造床流量时溢流堰可参与泄洪。

在常遇洪水工况时（Q =800m 3/s ），将洪水全部从闸口下泄，溢流堰不过水，泄洪闸闸前水位取引水水位1143.17m （溢流堰堰顶高程），经计算需设置泄洪闸闸孔总净宽110m ，布置11孔闸，单孔净宽10m ，过流计算结果见表1。

建筑物名称设计尺寸常遇洪水（Q =800m 3/s ）孔数孔宽（m ）过流宽度(m )底板高程(m )闸前水位(m )闸（堰）前水深(m )闸前水头(m )闸后水位(m )计算过流量(m 3/s)进水闸38241142.001143.17 1.17 1.171142.2050.43泄洪冲沙闸36181140.501143.17 2.67 2.751142.17135.51泄洪闸11101101141.001143.172.172.281142.17630.41总过流量816.35常遇洪水工况闸过流能力计算表表12.3泄洪闸闸孔及溢流堰堰长分析在设计方案时以常遇洪水工况定闸孔数，确定泄洪闸闸孔为11孔，在闸孔选定的情况下，根据河床宽度及工程投资等要素选择溢流堰堰长，最终确定建筑物占河道断面比例。

本次根据治河工程的实践经验，闸室宽度与河道宽度的比值一般在0.6—0.85之间，选用两种堰长进行比较即堰长400m 和堰长500m ，两种建筑物占河道断面比例分别是0.76、0.85，对比见表2。

当11孔泄洪闸与400m 堰长组合时，在设计洪水工况时，泄洪闸与泄洪冲沙闸共泄洪2025m 3/s ，泄洪闸过闸单宽流量11.02m 3/（s ·m ），泄洪冲沙闸过闸单宽流量12.86m 3/（s ·m ），闸前设计水位为1144.32m ；当11孔泄洪闸与500m 堰长组合时，在设计洪水工况时，泄洪闸与泄洪冲沙闸共泄洪1998m 3/s ，泄洪闸过闸单宽流量10.44m 3/（s ·m ），泄洪冲沙闸过闸单宽流量12.47m 3/（s ·m ），闸前设计水位为1144.23m 。

两种形式泄洪水位基本相近，没有造成闸前水位的雍高或者降低；过闸单宽流量基本相近，对下游防冲消能布置影响不大，且两种方案冲沙闸与泄洪闸闸孔数相同，泄洪冲沙效果必定相近。

在建筑部分与金结部分工程量对比中，因方案一堰长较方案二堰长少100m ，导致方案一土方开挖较方案二少7.76万m 3，土方回填较方案二少5.23万m 3，混凝土较方案二少0.79万m 3，卵石较方案二少1.19万m 3，钢材较方案二少199t ，相应方案一建筑与金属结构投资5832.6万元较方案二投资6565.3万元少732.7万元；所以方案一投资相对较低，结合两方案的闸前水位、单宽流量及20--（上接第11页）参考文献：[1]张明军.克孜尔水库大坝抗震安全风险及对策[J].中国水运（下半月），2017，17（05）：205-207.[1]刘思海，侍克斌，张宏科，邢坤.克孜尔水库泥沙淤积分析及排沙对策探讨[J].人民黄河，2018，40（07）：P18-21.[2]朱跃亮.新疆克孜尔水库汛限水位动态控制运用解析[J].水利建设与管理，2018，38（02）：81-85.[3]韩占忠.FLUENT—流体工程仿真计算实例与应用[M].北京理工大学出版社，2010.[4]LiaqatA.Khan，Elizabet h W.Roy，Mizan putational fluid dynamics modelling of forebay hydrodynamics created by a floatingjuvenile fish collection facility at the Upper Baker River Dam，Washingto n[J].River Research and Applications，2008，24（9）：112-118.[5]侯才水.基于CFD的水电站前池流态特性研究[J].水利水电技术，2012，43（04）：49-52.[6]周龙才.泵站前池隔墩整流的数值分析[J].长江科学院院报，2010，27（02）：31-33.[7]朱红钧，林元华，谢龙汉.Fluent12流体分析及工程仿真[M].清华大学出版社，2011：4．[8]夏臣智，成立，焦伟轩，张帝.泵站前池倒T形底坎整流措施数值模拟[J].南水北调与水利科技，2018，16（02）：146-150+163.项目单位方案一方案二11孔闸+400m长堰11孔闸+500m长堰泄洪闸净宽m1010泄洪闸单宽流量m3/s11.0210.44泄洪冲沙闸单宽流量m3/s12.8612.47溢流堰顶高程m1143.171143.17设计洪水位m1144.321144.23泄洪闸泄量m3/s1*******溢流堰泄量m3/s812850合计泄量m3/s2*******工程量土方开挖：22.04万m3，砂砾石填筑：13.44万m3，混凝土：4.42万m3，卵石：3.7万m3，钢材：1712t，金属结构：362t土方开挖：29.8万m3，砂砾石填筑：18.67万m3，混凝土：5.21万m3，卵石：4.89万m3，钢材：1911t，金属结构：362t建筑+金结万元5832.66565.3下游消能综合比选，方案一更加经济，方案较优。

3结论本次设计，根据枯水年（P=75%），七、八月河道径流最大时，进水闸正常引水，溢流堰不过水，闸前水位1143.17m，保证泄洪冲沙闸有径流冲沙，推算泄洪冲沙闸布置3孔，单孔净宽6.0m，冲沙效果较好。