徐建輝,崔 璇,王 龍
(1.山東省濱州市簸箕李引黃灌溉管理局,251700,濱州;2.山東省濱州市水利局,256600,濱州)
簸箕李引黃閘改建工程主要技術(shù)指標(biāo)決策依據(jù)與運(yùn)行效果
徐建輝1,崔 璇1,王 龍2
(1.山東省濱州市簸箕李引黃灌溉管理局,251700,濱州;2.山東省濱州市水利局,256600,濱州)
引黃閘是黃河下游引黃灌區(qū)重要的引水水源工程,是灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城鄉(xiāng)居民生活用水的重要控制性建筑物,關(guān)系著引黃灌區(qū)生產(chǎn)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定,也事關(guān)黃河堤防與防汛安全。介紹了簸箕李引黃閘存在的安全隱患及引水能力不足問(wèn)題,分析了改建引黃閘的必要性和緊迫性,論證了閘址選址、地質(zhì)條件及閘底板高程的合理確定,對(duì)黃河下游引黃灌區(qū)水源工程的建設(shè)與管理有重要的借鑒作用。
引黃閘;改建;技術(shù)指標(biāo);決策依據(jù)
簸箕李引黃灌區(qū)位于黃河下游左岸,山東省濱州市西部,南北長(zhǎng)130 km,東西平均寬17 km,總面積2 243 km2,是山東省大型引黃灌區(qū)之一。灌區(qū)涉及濱州市惠民、陽(yáng)信、無(wú)棣3縣23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)103萬(wàn)人口,設(shè)計(jì)灌溉面積10.9萬(wàn)hm2,有效灌溉面積5.13萬(wàn)hm2,年水利凈效益達(dá)3億元。輸水干渠主要由總干渠、一干渠和二干渠組成??偢汕L(zhǎng)36.43 km(自渠首引黃閘至沙河樞紐),至沙河樞紐分為一干渠、二干渠,一干渠長(zhǎng)46.38 km,二干渠長(zhǎng)65.69 km,干級(jí)渠道總長(zhǎng)148.5 km。渠首工程建有兩座引黃閘:簸箕李引黃閘、簸箕李西引黃閘,設(shè)計(jì)引水流量分別為75m3/s、50m3/s,共同承擔(dān)著簸箕李引黃灌區(qū)的引黃供水任務(wù)。經(jīng)過(guò)40多年建設(shè)發(fā)展,灌排工程系統(tǒng)已基本形成,具有一定的引、蓄、供、排水能力。
簸箕李引黃閘位于山東省濱州市惠民縣簸箕李險(xiǎn)工#48壩,臨黃堤左岸樁號(hào) 209+165處。該閘始建于1959年,重建于1976年,建筑物級(jí)別為1級(jí),共分6孔兩聯(lián),每孔凈寬3 m,凈高3 m,閘室段長(zhǎng)16 m。涵洞為鋼筋混凝土箱型涵洞,涵洞段長(zhǎng)63.0 m,共分9節(jié),每節(jié)長(zhǎng)7m。閘底板進(jìn)口設(shè)計(jì)高程17.21m(黃海高程),涵洞出口設(shè)計(jì)高程17.05 m,設(shè)計(jì)引水流量75 m3/s。
簸箕李引黃閘自建成以來(lái)已安全運(yùn)行30多年,為灌區(qū)內(nèi)農(nóng)村飲水、工農(nóng)業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)繁榮作出巨大貢獻(xiàn)。隨著工程運(yùn)行年限的增長(zhǎng),工程老化病害現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,有的直接危害到工程的安全運(yùn)行,限制了工程效益的發(fā)揮,影響黃河防洪安全。
按照水利部頒發(fā)的《水閘安全鑒定規(guī)定》(SL 214—98)和《黃河下游水閘安全鑒定規(guī)定(試行)》及相關(guān)規(guī)范要求,該閘存在的主要問(wèn)題有:
①該閘相對(duì)出水口處的最大不均勻沉降量已達(dá)20.1 cm,導(dǎo)致涵洞底坡變?yōu)槟嫫拢怀两悼p隙間最大不均勻沉降4.7 cm,致使止水損壞,存在嚴(yán)重安全隱患;
②出口段及靠近進(jìn)出口的水平段滲流坡降均超出現(xiàn)行規(guī)范允許值,閘基滲透穩(wěn)定不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求;
③設(shè)計(jì)引水流量75 m3/s,現(xiàn)狀條件設(shè)計(jì)工況下計(jì)算引水流量32.1 m3/s,引水能力嚴(yán)重不足;
④閘混凝土結(jié)構(gòu)外觀上存在嚴(yán)重質(zhì)量缺陷,大量鋼筋外露及嚴(yán)重銹蝕,最大銹蝕率為41.7%,且混凝土大量脫落。涵洞各構(gòu)件的正截面強(qiáng)度、邊墻、頂板和底板的裂縫開(kāi)展寬度,中墻、頂板和底板的最小配筋率均不滿足規(guī)范要求;
⑤啟閉機(jī)制動(dòng)器、開(kāi)式齒輪硬度均不符合現(xiàn)行規(guī)范要求,電器控制系統(tǒng)嚴(yán)重老化,啟閉機(jī)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)使用年限,已不能正常運(yùn)行,吊桿與閘門(mén)連接處銹蝕嚴(yán)重,已不能承載閘門(mén)啟閉荷載;
⑥由于河勢(shì)變化,主流偏向右岸,使得簸箕李引黃閘脫流,閘前600~700 m淤積非常嚴(yán)重,特別是在農(nóng)田用水關(guān)鍵時(shí)期基本無(wú)法引水。雖然在黃河河道內(nèi)實(shí)施了開(kāi)挖引水渠等措施,但由于引黃閘底板較高,加之黃河主河槽偏移過(guò)遠(yuǎn),實(shí)際引水能力不足設(shè)計(jì)引水能力的30%。
2010年11月,山東黃河河務(wù)局組織專家對(duì)簸箕李引黃閘的安全鑒定進(jìn)行了審定,簸箕李引黃閘主要運(yùn)用指標(biāo)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),工程存在嚴(yán)重安全問(wèn)題,根據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》,該閘評(píng)定為四類(lèi)閘,應(yīng)報(bào)廢重建。2011年7月,黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司對(duì)該閘安全鑒定進(jìn)行了核查,并出具了安全鑒定成果書(shū)面核查意見(jiàn),同意該閘的安全鑒定類(lèi)別為四類(lèi)閘。鑒于此,為消除工程隱患,確保黃河防洪安全,擬對(duì)該閘進(jìn)行報(bào)廢改建。
1.原閘址已不具備重建條件
由于原簸箕李引黃閘已經(jīng)脫流,閘前淤積嚴(yán)重,引水期閘前緣距大河水邊600~700 m,閘前引渠易淤積,需不斷進(jìn)行引渠清淤,已不具備基本引水條件;且原簸箕李引黃閘閘后與灌區(qū)干渠連接拐彎太急,水流不平順。因此,引黃閘需重新選址改建。
2.適合建閘的條件分析
適合建閘的閘址需滿足以下幾個(gè)條件:一是需常年靠流,引水條件好;二是盡可能選擇險(xiǎn)工段凹岸頂點(diǎn)偏下游的位置,引取表層環(huán)流的同時(shí)盡可能少引沙,便于灌區(qū)運(yùn)行管理;三是地質(zhì)條件要滿足建閘需要且滿足黃河行洪要求;四是盡可能與現(xiàn)有干渠順暢連接。
3.閘址比選
綜合考慮以上因素,通過(guò)查閱歷年黃河河勢(shì)資料及河勢(shì)圖,得到簸箕李險(xiǎn)工靠水情況如下:
20世紀(jì)80年代末,靠水壩段為新#3~#3、#5、#9靠主流,#4、#6~#8、#11~#43靠邊流;90年代,靠水壩段為#3、#5靠主流,#6~#9靠邊流。自2002年黃河調(diào)水調(diào)沙以來(lái),河勢(shì)變化較大,簸箕李險(xiǎn)工流勢(shì)繼續(xù)上提:主流自2003年秋汛后靠險(xiǎn)工上首行走,導(dǎo)致險(xiǎn)工上首劉旺莊灘的灘岸坍塌。從近年河勢(shì)看,簸箕李險(xiǎn)工靠水壩段16段,壩號(hào)為新#7~#9,其中新#7~新#6靠水,新#5~#2壩為邊流,#3~#9為主流。今后一段時(shí)期小浪底水庫(kù)按既定的方式運(yùn)用,加之河道兩岸邊界條件不發(fā)生變化,簸箕李險(xiǎn)工所在河段的河勢(shì)不會(huì)發(fā)生大的變化,目前河勢(shì)基本穩(wěn)定。
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查勘,簸箕李新#5~新#3壩之間,地形開(kāi)闊,位于河道凹岸頂點(diǎn)稍偏下游處,靠近河道深泓,靠流情況較好,2004年以后靠流概率達(dá)100%;且該處交通方便,施工便利,占用耕地少,施工區(qū)內(nèi)無(wú)拆遷建筑;閘后距主干渠較近,背河無(wú)村莊,便于閘與主干渠的連接?;诖耍麻l閘址初步選在新#5~新#3壩之間,具體位置需依據(jù)地質(zhì)勘探資料綜合比選,確定最優(yōu)閘址。
4.閘址位置的最終確定
據(jù)歷史記載, 在擬建閘址處,1902年由于河勢(shì)變化曾造成灘地坍塌,背河古墳內(nèi)出現(xiàn)管涌險(xiǎn)情,造成西劉旺莊一帶于8月13日決口(相應(yīng)現(xiàn)堤防樁號(hào)206+500~207+500),次年2月20日合龍。從地勘資料地質(zhì)剖面圖可以看出,閘址部分坐落在歷史老口門(mén)上,特別是閘首左側(cè)A1鉆孔揭露出的②、①-4、①-5等土層含有大量腐殖質(zhì)、樹(shù)皮、木塊、塊石、碎石等,估計(jì)為當(dāng)時(shí)堵口物料。根據(jù)地勘資料,工程布置時(shí)閘首應(yīng)右移盡量避開(kāi)A1鉆孔?;诖?,新閘閘址位置最終選擇在黃河左岸堤防樁號(hào)207+490處。
1.黃河河道沖淤變化預(yù)測(cè)分析
依據(jù)黃河有關(guān)資料,自2000年小浪底水庫(kù)運(yùn)用至今,經(jīng)10多次調(diào)水調(diào)沙,河床呈現(xiàn)逐年沖刷。據(jù)黃河水利委員會(huì)黃規(guī)計(jì)〔2011〕148號(hào)文《關(guān)于印發(fā)黃河下游病險(xiǎn)水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)水位推算結(jié)果的通知》,小浪底水庫(kù)運(yùn)用后下游河道2020年左右沖刷達(dá)到最大,2028年左右淤積恢復(fù)到2000年?duì)顟B(tài)。此后,黃河下游年平均淤積量為3.45億t,艾山~利津河段的年平均淤積抬升速率為0.075 m/a。簸箕李引黃閘處于艾山~利津河段,2015年改建完成,按照30年運(yùn)行期計(jì)算,到2045年比2000年水平河道淤積抬高1.28 m。
2.新建引黃閘底板高程的初步確定
原簸箕李引黃閘底板高程為17.21 m。根據(jù)黃河董家大斷面2010年、2011年、2012年實(shí)測(cè)資料,推算新建簸箕李引黃閘址大河深泓點(diǎn)高程汛前為15.74 m、汛后16.23 m、汛前汛后平均值為16.16m。基于黃河實(shí)測(cè)資料,綜合考慮閘后渠道銜接等技術(shù)要素,濱州市簸箕李引黃灌溉管理局以濱簸函字〔2013〕2號(hào)文,建議閘底板高程在16.20~16.40 m。 3.引黃閘底板高程的最終確定
考慮今后河道繼續(xù)沖刷下切,為保證黃河流量較小且閘前實(shí)際水位低于設(shè)計(jì)引水位時(shí),仍可引出一定水量進(jìn)行抗旱和保證農(nóng)村飲水急需,經(jīng)綜合考慮,最終黃河水利委員會(huì)批準(zhǔn)簸箕李引黃閘底板高程為16.00 m。
簸箕李引黃閘系簸箕李灌區(qū)的渠首引水工程,是灌區(qū)的重要組成部分。為保證引黃供水效益的穩(wěn)定發(fā)揮,改建后的簸箕李引黃閘仍按原規(guī)模,設(shè)計(jì)引水流量為75 m3/s,為兩聯(lián)6孔鋼筋混凝土箱式涵洞,每孔凈寬凈高均為3 m。
工程總體布置包括上游連接段、涵洞部分和下游連接段三部分。上游連接段部分最上游底部設(shè)5 m長(zhǎng)1.3 m深拋石槽,后接15 m長(zhǎng)黏土鋪蓋,鋪蓋上設(shè)漿砌塊石護(hù)面厚0.4 m,拋石槽和漿砌塊石護(hù)面頂高程均為16 m。涵洞部分全長(zhǎng)91 m,共分9節(jié),首節(jié)涵洞長(zhǎng)11 m,其余8節(jié)均為10 m,為兩聯(lián)6孔箱式C25鋼筋混凝土涵洞,每孔凈寬凈高均為3 m。涵洞下游設(shè)16 m長(zhǎng)消力池,后接13 m長(zhǎng)M10漿砌塊石海漫和16 m長(zhǎng)干砌石海漫,干砌塊石海漫后設(shè)5 m長(zhǎng)拋石槽。
簸箕李引黃閘改建工程于2014年10月正式開(kāi)工建設(shè),2015年12月底竣工投入使用。運(yùn)行1年來(lái),經(jīng)歷了灌區(qū)春灌、夏秋灌與冬灌三次引水過(guò)程,總引水天數(shù)179天,其中143天在低于設(shè)計(jì)引水指標(biāo)條件下運(yùn)行,滿足了灌區(qū)各類(lèi)用水需求。同時(shí),引水輸沙效果顯著,渠首段10 km干渠泥沙淤積量顯著改善。與往年同等引水量條件相比,減少泥沙淤積量50%,有效緩解了干渠清淤壓力,引供水效率有了明顯改善。
簸箕李引黃閘改建工程從前期立項(xiàng)到竣工投入使用,歷時(shí) 5年,從 1年多的運(yùn)行效果看,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)效果。一是得益于前期準(zhǔn)備工作充分,搜集資料翔實(shí)充分,分析論證審慎科學(xué),確保了工程選址、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)精度;二是建筑物本身設(shè)計(jì)科學(xué),施工規(guī)范;三是選址及主要技術(shù)指標(biāo)的決策科學(xué),簸箕李引黃閘的建成并投入使用,將顯著提高簸箕李灌區(qū)的引供水保障能力,促進(jìn)灌區(qū)灌溉效益的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮。
[1]崔樹(shù)彬,連煜,高傳德.黃河下游斷流情況及趨勢(shì)分析 [J].水資源保護(hù),1997(2).
[2]汪朗峰.大沙河河口水閘工程方案設(shè)計(jì)[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2007(6).
[3]李俊杰.閘址選擇和閘孔初步設(shè)計(jì)[J].河南水利與南水北調(diào),2016(8).
責(zé)任編輯 軒 瑋
Key technical indicators for rehabilitation project of Bojili Yellow River Diversion Sluice:basis of decision making and operation results//
Xu Jianhui,Cui Xuan,Wang Long
Water diversion sluice is crucial for irrigation districts diverting water from the Yellow River,and key control structure for industrial and agricultural production and domestic water use.It closely relates to production and social stability of irrigation district and safety of Yellow River embankment and flood control.Problems with Bojili Sluice,such as potential safety hazard are introduced.Feasibility studies are made on necessity and urgency of re-construction of water diversion sluice.Rationality analysis is conducted regarding site selection, geological conditions and elevation of sluice flour slab.It has reference value for construction and management of water source project in the lower reaches of the Yellow River.
Yellow River Diversion Gate;rehabilitation;technical indicators;basis of decision making
TV67
:B
:1000-1123(2017)08-0043-02
2017-01-03
徐建輝,工程師,主要從事工程建設(shè)與管理研究。