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浅析玛纳斯河红山嘴引水枢纽工程的改建

北极星电力网技术频道    作者:吴开新   2012/4/9 13:34:46   

  所属频道:  水力发电    关键词:  玛纳斯河 水电工程 引水闸

1 工程概况

玛纳斯河红山嘴引水枢纽工程是一个以灌溉为主结合防洪发电的费尔干式引水建筑物,设计控制灌溉面积250×104 亩,实际控制灌溉面积约316×104 亩,满足四、五级电站引水,并为玛纳斯火电厂供水。该枢纽位于石河子市东南15km的玛纳斯河出山口处,河床宽250m,系砂砾层履盖,砂砾层厚2~ 4m,其下为第三纪泥岩。

红山嘴引水枢纽建于1959 年,设计最大引水流量105m3/s,年引水量9×108m3,引水率68%。该工程可控制玛纳斯河流域所有的灌溉面积,是玛纳斯河流域灌溉工程的命脉。渠首至今已运行50 多年,对流域内的经济建设和社会发展发挥了巨大的作用,充分体现了水利的基础产业和基础设施功能。

红山嘴枢纽主要由泄洪闸、进水闸、上下游河道整治段、溢流侧堰4 部分组成。

泄洪闸工程为钢筋混凝土结构,共7 孔、每孔净宽5m、总宽41.6m,墩长10m,墩高5m,设计引水流量420m3/s,校核引水流量为545m3/s。进水闸为钢筋混凝土结构,共4 孔,每孔净宽5.5m,墩高4m,墩长9.0m,设计引水流量105m3/s,加大引水流量140m3/s。

溢流侧堰长250m,为双层浆砌卵石护面,过流能力410m3/s。

上游河道整治段包括喇叭口段长300m,溢流侧堰直线段长250m,闸前人工弯道长245m,全长800m。设计纵坡7.58‰,溢流堰以上整治河道底宽65m,以下整治河道底宽40m,原设计按频率10% 的造床流量420m3/s 设计。当上游来水为1 060m3/s(洪水频率为0.1%) 时,通过溢流堰泄水410m3/s,则溢流以下人工整治河道段校核流量为650m3/s。

玛纳斯河红山嘴引水枢纽工程是20 世纪50年代在苏联专家的指导下设计和施工的。1958年8 月开始设计,11 月进入工地勘测,于1959 年3 月下旬~ 4 月上旬陆续开工,在洪水来之前(5月底) 建成完工,当年通水运行。经过两年的运行,运行状况较好,1960 年引进渠道的流量达70%~ 80%,洪水期来水流量不大于105m3/ s 水时,由进水闸引水,来水流量大于105m3 / s 时,打开泄洪闸,一部分由进水闸引入渠道,其余水量经泄洪闸泄入河道; 枯水期全部来水由红山嘴渠首引入引水渠。根据洪水期观测结果分析,引水流量为总流量的73% 时,进入引水渠道泥沙仅为总量的2.7%左右。所以,初期设计是比较合理的。

上游河道来水流量为350~ 650m3/ s 时,各主要建筑物分洪情况见表1。

表1:汛期上游河道不同来水流量时各主要建筑物分红情况表

红山嘴引水枢纽自1959 年建成,枢纽上下游产生淤积并逐年加重,造成枢纽防洪标准降低。1969 年对枢纽进行了改建。在泄洪闸的上游、溢流堰末端修建了1 座3 孔泄洪闸,在泄洪闸后退水河道段修建了分水导流墙,并封闭了泄洪闸第6、7 孔,把泄洪闸、进水闸闸门换成钢架木面板结构。在1981~ 1984 年期间将泄洪闸和进水闸工作桥加高,把钢木弧形闸门改为钢弧闸门,安装了2×10t 的卷扬式启闭机,并于1986 年恢复泄洪闸第6、7 孔。1996 年泄洪闸闸后第1、2 孔的木裙板拆除改为消力池。1997 年拆除泄洪闸第3、4、5 孔后的裙板,用混凝土填平消力池。由于底板磨损严重,1982 年、1996 年分别把第1、2 孔底板由条石换为8cm的铸铁块,2000 年把泄洪闸第3 孔底板换为8cm的铸铁块,以增加其耐磨性。

2 工程存在问题

2.1 设计标准偏低

由于本弯道式渠首型式是早期从中亚引进,红山嘴引水枢纽属于新疆第一代弯道引水渠首,由于缺乏设计经验和基本资料,在引水弯道设计上采用设计频率P= 10%的流量作为造床流量,使弯道过宽、弯道曲率半径过大,致使弯道环流效应不强,影响引水排沙,导致弯道淤积,进水闸进沙。泄洪冲沙闸太宽,闸后整治段既宽又短,水流出闸后立即扩散,经常缺少足够的冲沙水流,因此泥沙淤积在闸后近处,使下游河床不断淤高,泥沙不能远送下游。

红山嘴引水枢纽建设初期,根据1953~ 1958年红山嘴站7 年的洪峰流量资料进行频率分析,百年一遇的设计洪水流量为650m3/s,千年一遇的校核洪水流量为1 060m3/s。运行至今,按照1953~ 2003 年红山嘴站51 年的洪峰流量资料进行洪水复核频率分析,其50 年一遇的设计洪水流量为1 054m3/s,200 年一遇的校核洪水流量为1 521m3/s。对比分析,工程枢纽原设计防洪标准不足,影响工程正常运行。

2.2 工程建设质量问题

红山嘴引水枢纽工程建设正处在大跃进年代,设计水平有限,工程标准偏低,施工设施简陋,给工程的正常运行带来一定的隐患。渠首在运行4 年后,出现推移质泥沙淤积,而且日趋严重,引水率下降。因此于1966 年修建了长169m的中心导流堤,将经常排沙的1、2 孔与不经常使用的其它孔分隔开,集中水流冲走了1、2 孔闸后的淤积,恢复了1、2 孔的过水能力,但第6、7 孔已被淤沙堵塞无法使用。随着中心导流堤出口淤积的增加,又逐渐向1、2 孔后发展。上、下游河床淤积使大量的泥沙进入总干渠,导致进水能力不足,下游河床的淤积还使曲线沉沙池的排沙明渠出口已无落差,影响了排沙明渠排沙。

2.3 河道淤积严重,渡槽过流能力不足

由于1、2 孔泄洪闸后导流堤长仅640m,至使堤尾至大渡槽段的河道淤积,渡槽过流能力不足,迫使管理单位将渡槽前后的河道用导流堤隔为两部分以束水冲沙,但由于资金所限,这两段导流堤未能相连,中间的空缺段处水流无法控制,冲沙效果很不理想; 其次由于l、2 孔闸后导流堤长640m,而3、4、5 孔冲沙闸导流堤长仅210m,致使运行管理上为减少闸后淤积而更多地使用1、2 孔泄洪闸冲沙,而无法有效地使用3、4、5 孔闸冲沙,因而导致1、2 孔冲沙道磨损严重,甚至露出导流堤基础造成垮堤事故,现状限制泄量在80m3 / s 以内; 另外6、7 孔泄洪闸封闭的理由是想依靠上游新增的3 孔各5m宽的泄洪闸有效渲泄180m3/s 的洪水,但由于新增闸设计角度、位置不适当而且闸后没有束水冲沙道,经初期使用后就因过洪能力仅达40~ 50m3/ s 而基本失效,因而管理单位被迫重新启用了6、7 孔泄洪闸,这样一来,原设计底宽为40m的下游整治段由于1、2 孔泄洪闸导流堤(直墙式) 和3、4、5 孔泄洪闸导流堤(梯形断面) 占掉了部分过水断面,导致过大洪水时单宽流量增大,冲刷严重。

2.4 泄洪闸、进水闸老化损坏严重

红山嘴引水枢纽修建于20世纪50年代,工程长期运行已老化,泄洪闸和进水闸钢筋外露,弧形闸门的支臂弯曲变形(局部达12cm),闸墩存在混凝土缺损、裂缝、冻胀破坏、老化等现象,泄洪闸底板磨损严重,上游左岸浆砌石翼墙有一条类似剪切缝、宽约2cm,进水闸第4 孔右边牛腿开裂、钢筋外露。泄洪闸和进水闸的闸室结构整体性较差,存在不均匀沉降。建筑物混凝土原设计标号140 号,依据现行规范复核,相当于现在的C15F100W3,标准偏低,闸墩抗磨性差,闸室强度不够。

3 改建措施

(1) 替换钢闸门主梁

钢闸门立梁变形弯曲、面板强度不足,闸门止水效果差。根据5水利水电工程金属结构报废标准6(SL226- 98),该闸使用期限已超过30 年,应该做报废处理。

(2) 加固泄洪闸和新建泄洪冲沙闸与进水闸

按现行标准加固泄洪闸和进水闸; 拆除泄洪冲沙闸、进水闸闸室结构,调整二者夹角为35°,新建4×8m泄洪冲沙闸、2×8m进水闸。

(3) 束水冲沙

束窄闸前人工弯道的底宽,防止弯道淤积,并形成弯道环流; 在河道左岸新建0.92km防洪堤,并对河道进行疏浚。

(4) 取消溢流堰、改建泄洪闸

废除原溢流堰末端的3 孔泄洪闸,在上游约90m处新建6×8m泄洪闸,分水角度调整为35°,加高上游整治段右岸防洪堤。

4 结语

随着西部大开发的逐步深入,更多更先进的现代化技术必将在灌区管理的方方面面得到更为广泛的应用,这是农业现代化进程中的重要一环。在渠首规划设计与运行管理当中,首先要注意选用较优的设计方案,保证优良的施工质量,这是延长引水枢纽工程寿命的关键。但要完全避免这类先天性缺陷也不现实,所以对于工程的维护与改建也是必要的。

参考文献

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来源:新疆水利
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