◎蔡雷 中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司

隨著全國各地水利工程建設(shè)數(shù)量的不斷增多和水文投資額的不斷加大，各地水利設(shè)施如雨后春筍般拔地而起，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生保障做出了巨大的貢獻(xiàn)。小型攔河閘壩作為水利工程項(xiàng)目建設(shè)中的常見類型，具備工程建設(shè)規(guī)模較小、建造數(shù)量繁多、分布廣等優(yōu)勢，為區(qū)域灌溉用水等的獲取提供了較大便利。但在實(shí)際建造過程中，多數(shù)小型攔河閘壩是當(dāng)?shù)孛癖娮园l(fā)建造的臨時(shí)性工程，其工程質(zhì)量往往較低，很容易造成設(shè)計(jì)盲目、建設(shè)粗糙等問題，對(duì)此，文章以呼圖壁河林場口子水閘項(xiàng)目為例，對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，從而為小型攔河閘壩的建設(shè)與發(fā)展提供借鑒。

1.工程概況

呼圖壁河林場口子水閘位于六師芳草湖農(nóng)場六分場林場口子，在呼圖壁河芨芨壩樞紐下游10k m的西河上，距呼圖壁縣城20km，閘址地理坐標(biāo)為東經(jīng)86°49'52.84"，北緯 44°18'35.20"。1983年，設(shè)計(jì)單位完成了呼圖壁河西河林場口子引水閘的設(shè)計(jì)，該水閘于1984年10月開工興建，1985年5月竣工運(yùn)行，整個(gè)水閘主要由進(jìn)水閘、沖沙閘、溢流堰、上下游擋土墻組成。1996年8月24日，呼圖壁河遭遇罕見暴雨性洪水，使西河林場口子引水閘有著多處不同程度的水毀，左岸擋土墻大部分被沖毀，溢流堰亦被沖毀。目前，該閘無法正常引水，處于報(bào)廢狀態(tài)。根據(jù)《水閘安全鑒定報(bào)告》，該水閘鑒定為四類閘，需降低標(biāo)準(zhǔn)使用或報(bào)廢重建。通過現(xiàn)場踏勘，該渠目前主要存在閘防洪標(biāo)準(zhǔn)不足，工程不能正常運(yùn)行；閘室結(jié)構(gòu)抗?jié)B、抗傾和抗滑不穩(wěn)定；溢流堰被沖毀，抗滑不穩(wěn)定，左岸護(hù)岸被沖毀，右岸護(hù)岸傾斜，抗傾不穩(wěn)定；啟閉設(shè)備老化，沒有配備電源；閘門銹蝕嚴(yán)重；交通不便，無管理站房；進(jìn)水閘后渠道沖刷嚴(yán)重；水閘缺少觀測、控制、監(jiān)視系統(tǒng)等問題。

2.建設(shè)條件

在了解呼圖壁河林場口子水閘基本現(xiàn)狀后，技術(shù)人員對(duì)該小型攔河閘壩的設(shè)計(jì)建造的基本條件進(jìn)行分析。首先，就水閘移至東河的緣由及有利條件來看，呼圖壁河流量小于70m/s，河水全部走東河，水流只經(jīng)過一條河流可以減少蒸發(fā)滲漏損失，在東河建閘分水，可以減少兵地爭水矛盾，有利于加強(qiáng)水資源管理及水費(fèi)征收，且將水閘建在東河比建在西河節(jié)省投資近1000萬元。其次，該項(xiàng)目區(qū)所屬地質(zhì)構(gòu)造單元為南部中低山區(qū)，屬北天山褶皺帶依連哈比爾尕復(fù)背斜中的烏魯木齊山前坳陷帶，北部為準(zhǔn)噶爾凹陷區(qū)，主要的區(qū)域性斷裂為南部山區(qū)的清水河斷裂、齊古斷裂、吐谷魯斷裂，均為上更新世以來的斷裂活動(dòng)所造成，并且沿?cái)嗔褞Оl(fā)生過五級(jí)以上的中強(qiáng)地震，上述斷裂距工程區(qū)以南40～70km，對(duì)工程影響小。最后，從呼圖壁河林場口子水閘建設(shè)的水文條件來看，呼圖壁河是灌區(qū)唯一的地表水源，多年平均徑流量4.575億m，多年平均流量12.775m3/s。年徑流量變化幅度不大，年徑流量最大為5.96億m，最低3.41億m，最大與最小年徑流量比值為1.75。呼圖壁河在下游芨芨壩處分為2條河（東河和西河），東河的水注入東河水庫，西河的水注入大海子水庫。呼圖壁河徑流量年內(nèi)分配不均，汛期早，歷時(shí)短，枯水期長。該河由于中山帶植被發(fā)育較好，河流含沙量較小，河水多年平均含沙量5.9kg/m。石門站多年平均懸移質(zhì)含沙量0.48mg/m，多年懸移質(zhì)輸沙總量為22.6萬噸。呼圖壁河的輸沙量年內(nèi)分配不均與，輸沙量主要集中在汛期，5～8月連續(xù)四個(gè)月多年平均輸沙量為20.4萬噸，占全年輸沙量的90%以上。上述條件，均為呼圖壁河林場口子小型攔河閘壩建設(shè)提供了較有利的條件。

3.攔河閘壩設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的因素

在呼圖壁河林場口子攔河閘壩設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮的因素包括工程水位抬高與泄洪的關(guān)系、設(shè)計(jì)長度、攔河閘壩工程形式選型等內(nèi)容。以設(shè)計(jì)長度為例分析，為保證小型攔河閘壩設(shè)計(jì)符合安全功能，其攔河閘壩長度一般應(yīng)采用工程上游河道正常水位時(shí)水面寬度的1.2-1.5倍。

4.攔河閘壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 工程總體布置及主要建筑物

根據(jù)呼圖壁河林場口子水閘的過閘流量，節(jié)制閘過閘流量為70m/s，分水閘及閘后渠道流量為37.1m/s，水閘工程屬于Ⅳ等小型工程，渠道屬于Ⅲ等中型工程。進(jìn)一步根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》9SL265-2001），水閘工程為Ⅳ等小型工程，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。就設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)而言，呼圖壁河芨芨壩站30 年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為315m/s，100 年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為480m/s。由于東河水庫無溢洪道，當(dāng)呼圖壁河水量超過70m/s時(shí)，東河限流量70m/s，其余洪水主要由西河承擔(dān)。因此，東河水閘按70m/s的來水量進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，擬建場地為II類場地，特征周期為0.45s，對(duì)應(yīng)的抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度值為0.10g（g 為重力加速度值）。在對(duì)呼圖壁河林場口子小型攔河閘壩進(jìn)行選址設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)水閘在原址拆除重建和閘址移至東河重建相關(guān)參數(shù)的對(duì)比分析決定。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，在東河新建節(jié)制分水閘一座。在流量70m/s的前提下，初步計(jì)算需要布置5 孔閘，單孔寬度5m，閘凈寬25m，閘墩高度3m；采用開敞式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。節(jié)制閘配備弧形鋼閘門5扇，采用卷揚(yáng)式雙吊點(diǎn)啟閉機(jī)，啟門力5t。分水閘布置2孔，單孔寬度5m，閘凈寬10m，閘墩高度 3m，采用開敞式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)比兩種選址方案可知，將水閘移至東河，可以減少蒸發(fā)滲漏損失，提高水的利用效率。當(dāng)呼圖壁河來水小于70m/s時(shí)，芨芨壩分水閘只分水給東河，水流只流經(jīng)一條河流，可以減少蒸發(fā)滲漏損失。在新建的東河水閘處，仍然按照分水比例進(jìn)行水量分配，東河和西河分水比例為0.47:0.53。綜上，呼圖壁河林場口子水閘除險(xiǎn)加固將水閘閘址移至東河進(jìn)行重建，在河道上布置節(jié)制分水閘一座，閘前設(shè)水平防滲鋪蓋，閘后設(shè)消能防沖海漫。分水閘和節(jié)制閘夾角60°，布置在節(jié)制閘左側(cè)。分水閘閘后通過扭面和渠道連接。渠道沿現(xiàn)有道路通向西河，線路長度823m，沿途布置農(nóng)橋2座。節(jié)制閘上、下游沿河道左、右岸布置防洪堤，上游防洪堤長度120m，下游防洪堤120m，防洪堤總長度480m。

4.2 水土保持設(shè)計(jì)

水土保持是工程項(xiàng)目建設(shè)必須關(guān)注的重點(diǎn)，也是工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中必須涵蓋的重要內(nèi)容。在項(xiàng)目建設(shè)中，應(yīng)選擇合適的水土流失預(yù)測方法對(duì)其流失情況進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果顯示，因本工程建設(shè)所影響的土地面積為23.785hm2，周邊被破壞的各項(xiàng)建筑物后構(gòu)筑物設(shè)施面積為23.785hm2，呼圖壁河林場口子水閘工程建設(shè)導(dǎo)致的施工作業(yè)區(qū)內(nèi)挖掘、占?jí)旱脑嫉匦蔚孛惨苍谳^大程度上受到了破壞和影響，大大降低了施工作業(yè)區(qū)內(nèi)的水土保持功效，整個(gè)工程建設(shè)產(chǎn)生的棄土、棄渣量為0.724萬m。在對(duì)項(xiàng)目建設(shè)導(dǎo)致的新增水土流失量預(yù)測上，結(jié)合呼圖壁河林場口子水閘工程建設(shè)進(jìn)度和設(shè)計(jì)規(guī)劃內(nèi)容，可測得施工期間大致流失的水土量為1608.7t。以引水渠首區(qū)為例，該水利樞紐工程后期多為硬化地表、建筑物工程占?jí)骸＜t星渠首除險(xiǎn)加固建設(shè)完畢后，仍存在一定范圍的擾動(dòng)疏松地表，如建筑物回填完畢后，局部土地不平整；棄方土料運(yùn)行的地面不平整，河道清淤后河床不平整等。因此，應(yīng)對(duì)該區(qū)域回填土方進(jìn)行臨時(shí)堆放，引水渠首區(qū)臨時(shí)堆土共計(jì)0.52萬m，苫布遮蓋3020m2，從而達(dá)到水土保持的目的。

4.3 節(jié)能設(shè)計(jì)

在建設(shè)呼圖壁河林場口子水閘時(shí)，其施工機(jī)械設(shè)備主要用來對(duì)原泄洪閘進(jìn)行維修補(bǔ)強(qiáng)，維修閘前鋪蓋，增加一孔泄洪閘泄洪能力，維修閘后消能防沖設(shè)施；在泄洪閘右岸布置溢流堰50m；上游清淤長度200m；重建東導(dǎo)流堤，對(duì)西導(dǎo)流堤進(jìn)行加寬加固；建設(shè)上、下游導(dǎo)流堤共計(jì)400 m；維修原沖沙閘和引水閘，增設(shè)閘房；修建砂礫石管理道路15km；修建管理站房220m；為水閘增設(shè)自動(dòng)信息化觀測和監(jiān)控設(shè)施。在施工過程中，除險(xiǎn)加固工程主要的施工項(xiàng)目包括泄洪閘、溢流堰、引水閘和沖沙閘修補(bǔ)、管理站房、管理道路及河道上下游防護(hù)工程，主要工程量有土方開挖9.1萬m，土方填筑4.9萬m，砼與鋼筋砼澆筑1583m，鋼筋98t，漿砌石6972m。此外，該項(xiàng)目耗能還包括施工輔助生產(chǎn)系統(tǒng)能耗、生產(chǎn)生活性建筑物能耗、施工期能耗統(tǒng)計(jì)分析和施工交通運(yùn)輸系統(tǒng)耗能等。

總之，呼圖壁河林場口子水閘工程施工工期的標(biāo)準(zhǔn)煤總能耗為228.8t，其中土石方施工設(shè)備能耗量最大，占施工期能耗總量的91.6%,其它能耗占8.4%。以施工機(jī)械選用為例，針對(duì)土石方施工機(jī)械，施工單位計(jì)劃安排4臺(tái)1m的挖掘機(jī)配備14臺(tái)自卸汽車，保證挖掘機(jī)和自卸車搭配合適，避免出現(xiàn)空車現(xiàn)象。從混凝土施工設(shè)備選型來看，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)包括攪拌機(jī)、空壓機(jī)、膠帶機(jī)等，特別是空壓機(jī)和攪拌機(jī)是混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備，在下階段空壓機(jī)選型上，可選擇效率高、能耗相對(duì)較低的活塞式空壓機(jī)，攪拌機(jī)應(yīng)選擇傳輸效率好的齒輪傳動(dòng)設(shè)備，從而減少能耗的損失。值得注意的是，拌合站應(yīng)建設(shè)在地勢稍低的位置，可以充分利用地形優(yōu)勢，減少物料運(yùn)輸造成的能耗損失。

5.經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步分析呼圖壁河林場口子水閘建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，本文對(duì)其費(fèi)用和收益進(jìn)行分析。本項(xiàng)目新增費(fèi)用為新增影子投資費(fèi)用、新增年運(yùn)行費(fèi)、新增流動(dòng)資金。新增投資費(fèi)用是根據(jù)呼圖壁河林場口子水閘建造設(shè)計(jì)的預(yù)算資金設(shè)計(jì)和概算資金設(shè)計(jì)等，結(jié)合工程建設(shè)時(shí)市場條件影響下的影子價(jià)格，得到整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的影子投資，其總投資為2082.28萬元，各項(xiàng)影響參數(shù)調(diào)整后得到的影子投資費(fèi)用為1959.63萬元。新增年運(yùn)行費(fèi)主要是為維持呼圖壁河林場口子水閘工程項(xiàng)目的正常運(yùn)營，以新增固定資產(chǎn)價(jià)值、新增固定資產(chǎn)修理費(fèi)等為新增材料費(fèi)或者新增其他費(fèi)用的取費(fèi)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上得到各項(xiàng)新增費(fèi)用，最后估算得到新增年運(yùn)行費(fèi)為21.85萬元。新增流動(dòng)資金主要是以足夠的周轉(zhuǎn)運(yùn)營資金實(shí)現(xiàn)燃料、材料等各項(xiàng)支出的資金支付，以工程年運(yùn)行費(fèi)為取費(fèi)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)新增流動(dòng)資金的獲取。

呼圖壁河林場口子水閘工程項(xiàng)目的實(shí)施，能夠延長區(qū)域內(nèi)持續(xù)供水時(shí)間，較大程度上改變原有的灌溉條件，提高灌溉保證率，不斷提高轄區(qū)內(nèi)農(nóng)作物的單產(chǎn)效率，助力農(nóng)作物的生長，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展。在呼圖壁河林場口子水閘修建完成并投入使用后，能有效覆蓋轄區(qū)內(nèi)3.48萬畝的灌溉范圍，解決轄區(qū)內(nèi)原有灌溉用水不足等問題，促進(jìn)農(nóng)作物健康成長。研究人員結(jié)合轄區(qū)內(nèi)農(nóng)作物歷年生長情況和農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)水閘工程修建后的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行計(jì)算，可以得出該工程分?jǐn)傂б鏋?26.65萬元，其經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為：EIRR=9.80%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值：ENPV（i=8%）=317萬元；效益費(fèi)用比：EBCR=1.15；靜態(tài)投資回收期：T=10.59年。

6.結(jié)論

本文在對(duì)呼圖壁河林場口子水閘地理水文條件進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，探究了該工程建設(shè)的基本條件，認(rèn)為呼圖壁河林場口子水閘工程能有效依托自身地理優(yōu)勢和區(qū)位優(yōu)勢等，在綜合考量工程水位抬高與泄洪的關(guān)系、設(shè)計(jì)長度等影響攔河閘壩設(shè)計(jì)因素的基礎(chǔ)上，分析了呼圖壁河林場口子水閘建設(shè)的工程總體布置及主要建筑物、水土保持設(shè)計(jì)內(nèi)容和節(jié)能設(shè)計(jì)措施，最后對(duì)呼圖壁河林場口子水閘的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，為同類型小型攔河閘壩的建設(shè)提供更多經(jīng)驗(yàn)借鑒。