哈巴河哈拉西力克水閘安全評(píng)價(jià)分析

宋海波 水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

1.工程概況

哈拉西力克水閘位于新疆阿勒泰地區(qū)哈巴河縣庫(kù)勒拜鄉(xiāng)喀拉希力克村，地處哈巴河中下游河段，是一座以灌溉引水為主，兼顧防洪和生態(tài)的閘堰結(jié)合攔河式水閘，擔(dān)負(fù)庫(kù)勒拜鄉(xiāng)5000畝耕地灌溉及下游河谷林場(chǎng)及草場(chǎng)生態(tài)用水任務(wù)。工程主要建筑物由進(jìn)水閘、泄洪沖沙閘、攔河溢流堰、上游連接段四部分組成。水閘在多年的運(yùn)行過(guò)程中，存在著工程隱患。本文對(duì)哈拉西力克水閘進(jìn)行安全評(píng)價(jià)分析，并對(duì)水閘在運(yùn)行中暴露出來(lái)的問(wèn)題提出有關(guān)建議，為工程除險(xiǎn)加固提供依據(jù)。

2.工程安全檢測(cè)分析

哈拉西力克水閘受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)及技術(shù)條件所限，工程建設(shè)采用邊設(shè)計(jì)、邊施工、邊調(diào)整的方式進(jìn)行。設(shè)計(jì)缺乏控制性指標(biāo)，存在采用水文系列不長(zhǎng)、資料精度不高、地質(zhì)勘探不詳、未進(jìn)行閘下游消能防沖設(shè)計(jì)等問(wèn)題。施工受當(dāng)時(shí)條件的影響，砌筑材料主要采用人工拌合混凝土，只將閘基表層的泥土、樹(shù)根等清理后就直接在砂卵石基礎(chǔ)上施工，清基不砌底。經(jīng)檢測(cè)，總體上整個(gè)工程混凝土剝落及麻面程度達(dá)到80%，金屬結(jié)構(gòu)銹蝕程度達(dá)到70%，整個(gè)工程質(zhì)量外觀較差，水閘樞紐混凝土強(qiáng)度值較低。

3.工程安全評(píng)價(jià)分析

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)安全分析

3.1.1 安全超高的確定

水閘閘頂高程應(yīng)根據(jù)擋水和泄水兩種運(yùn)用情況確定。擋水時(shí)，正常蓄水位時(shí)安全超高值為0.4m，最高擋水位時(shí)安全超高值為0.3m。波浪的平均波高和平均波周期宜采用莆田公式進(jìn)行計(jì)算。泄水時(shí)，設(shè)計(jì)洪水位時(shí)安全超高值為0.7m，校核洪水位時(shí)安全超高值為0.5m。

3.1.2 計(jì)算公式及參數(shù)

3.1.2.1 采用莆田公式對(duì)波浪的平均波高和平均波周期進(jìn)行計(jì)算

式中：hm—平均波高，m；

Tm—平均波周期，s；

Lm—平均波長(zhǎng)，m；

W—計(jì)算風(fēng)速，m/s；

D—風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；

Hm—水域平均水深，m；

g—重力加速度，取9.81m/s2；

3.1.2.2 平均波浪爬高的計(jì)算

當(dāng)單板的坡度系數(shù)m≤1.5時(shí)，正向來(lái)波在單坡上的平均波浪爬高Rm：

式中：Rm—平均波浪爬高，m；

K△—斜坡的糙率滲透性系數(shù)；

Kw—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

hm—平均波高；

R0—為無(wú)風(fēng)情況下，平均波高為1m時(shí)光滑不透水護(hù)面的爬高值；

3.1.2.3 風(fēng)速計(jì)算

對(duì)本工程最不利的風(fēng)向是NW，氣象站相應(yīng)的多年平均最大風(fēng)速為14m/s。正常運(yùn)用條件下，設(shè)計(jì)風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍，即2 1 m/s；非常運(yùn)用條件下，設(shè)計(jì)風(fēng)速采用多年平均年最大風(fēng)速，即14m/s。

經(jīng)復(fù)核計(jì)算，閘頂與堤頂高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，進(jìn)水閘和沖沙閘設(shè)計(jì)閘頂高程、上游連接段護(hù)岸擋墻設(shè)計(jì)墻頂高程、進(jìn)水閘和沖沙閘之間導(dǎo)水墻設(shè)計(jì)墻頂高程均不應(yīng)低于475.05m，現(xiàn)狀進(jìn)水閘閘頂高程、沖沙閘閘頂高程、右岸擋墻、左岸擋墻、導(dǎo)水墻墻頂高程均不滿足規(guī)范安全超高要求。

表1 閘頂與堤頂高程計(jì)算成果表

工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)泄洪流量為135m3/s，設(shè)計(jì)洪峰流量為256.00m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核流量為303.00m3/s。在保證水閘樞紐安全超高的情況下，進(jìn)水閘引水流量為1.20m3/s，沖沙閘過(guò)水流量為8.97m3/s，溢流堰過(guò)水流量為23.20m3/s，該水閘樞紐泄洪過(guò)流能力為33.37 m3/s，不能達(dá)到設(shè)計(jì)洪水和校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。隨著上游河道淤積，洪水位不斷升高，對(duì)河道兩岸沖刷將加強(qiáng)，新的水土流失也逐年加大，極大威脅著下游群眾的財(cái)產(chǎn)和生命安全。

3.2 其他復(fù)核評(píng)價(jià)分析

對(duì)水閘樞紐的進(jìn)水閘、沖沙閘、溢流堰進(jìn)行滲流穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)安全、抗震安全復(fù)核計(jì)算，并對(duì)水閘樞紐的進(jìn)水閘、沖沙閘的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全復(fù)核計(jì)算，存在以下問(wèn)題。

①進(jìn)水閘基底出口段及水平段、沖沙閘基底出口、溢流堰基底滲透出口段及水平段滲透坡降均大于允許坡降，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

②水閘樞紐中進(jìn)水閘、沖沙閘及溢流堰下游均未設(shè)置消能防沖設(shè)施，經(jīng)消能防沖安全復(fù)核計(jì)算，進(jìn)水閘閘后為淹沒(méi)式水躍，不需要設(shè)置消能設(shè)施，而沖沙閘及溢流堰均為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍，需要設(shè)置消能設(shè)施。

③對(duì)水閘樞紐沖沙閘啟閉機(jī)進(jìn)行安全復(fù)核計(jì)算，沖沙閘啟、閉門力均小于設(shè)備啟閉機(jī)啟、閉門力符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但啟閉螺桿安全長(zhǎng)度不足。

4.結(jié)論及建議

通過(guò)《水閘安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，最終確定哈拉西力克水閘為四類閘，水閘管理單位須制定保閘安全應(yīng)急措施。

（1）進(jìn)水閘、沖沙閘閘頂高程，上游連接段護(hù)岸擋墻墻頂高程，進(jìn)水閘和沖沙閘之間導(dǎo)水墻墻頂高程超高不足，加高閘頂、墻頂高度，并在上游適宜位置增加泄洪設(shè)施，使其滿足引水、擋水和泄洪沖沙要求。

（2）水閘樞紐應(yīng)加長(zhǎng)水平鋪蓋、加大閘基底部齒墻深度，滿足滲流安全穩(wěn)定。

（3）沖沙閘和溢流堰下游設(shè)置消能防沖設(shè)施，加長(zhǎng)海漫段，減少水流對(duì)下游建筑物及渠道、河道的沖刷。

（4）水閘樞紐中閘門建議采用鋼閘門且止水采用橡皮止水，經(jīng)常維護(hù)鋼閘門及更換止水橡皮，啟閉機(jī)建議采用手電兩用螺桿啟閉機(jī)，配套螺桿長(zhǎng)度預(yù)留安全長(zhǎng)度。

（5）建議新增輸電線路，電力設(shè)施及電氣設(shè)備，對(duì)樞紐啟閉設(shè)備配備手電兩用及限位裝置，便于管理人員操作管理。

（6）建議新增觀測(cè)、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控及自動(dòng)化設(shè)施，新建防洪值班房。