浅谈总干渠第一节制闸下冲淘及防治措施

浅谈总干渠第一节制闸下冲淘及防治措施

杨俊林

内蒙古河套灌区总干渠分中心 内蒙古 临河 015000

[提要] 总干渠第一节制闸下及岸坡冲淘破坏严重。多年来，管理部门通过检查观测、分析论证闸下冲淘破坏原因，结合该闸的实际，采取相应措施改建加固闸下消能设施，有效地缓减了闸下冲淘破坏，确保了工程的安全运行。

[关键词] 节制闸，  闸下海漫出口，  冲淘破坏，  防治措施

1 工程概况及冲淘破坏原因

1.1 工程概况

内蒙古河套灌区总干渠（俗称“二黄河”）是河套灌区一首制引水工程的重要组成部分，位于巴彦淖尔南缘，由西向东横贯河套平原，在黄河以北与包兰铁路平行。总干渠是河套灌区的输水大动脉，总干渠除了农田灌溉任务外，还承担着黄河分凌防汛任务和乌梁素海补水任务。

总干渠第一分水枢纽工程位于杭锦后旗头道桥镇黄河村，总干渠桩号 23+900km处。控制灌溉面积1034万亩，其右节制闸设计过闸流量为350为 m³/s，左节制闸设计过闸流量170m³/s。总干渠第一分水枢纽最早于1952年竣工并运行，工程投入运行至今已有70年，为河套灌区的发展发挥了巨大的效益。随着时间的延续，总干渠输水水力要素的变化和工程的逐渐老化，冻胀破坏等问题逐渐暴露出来。特别是第一节制闸除严重老损外，还存在闸下渠床及岸坡冲淘破坏严重威胁闸室安全这一潜在问题。

1.2 冲淘破坏原因

从近年来的治理、运行管理状况看，造成闸下渠道冲淘主要有以下几方面的原因：

（1）随着灌区灌溉面积的发展，总干渠输水运行指标提高，使闸下海漫出口单宽流量过大。加之，消能设施受冻胀破坏，致使闸下冲淘严重。经过对原破损较严重的左节制闸，按现运行指标对原消能设施进行验算，其出口为远驱式水跃，佛汝德数3.85，消能效率仅为28%。这样波动水跃在海漫末端出现距离较长，仍携较强余能，必然对下游渠床及岸坡形成冲淘。

（2）出口断面过窄，扩散不合理，水流集中，消能不充分，易

产生折冲水流。总干渠过去开挖是采用小断面施工，在输水过程中靠水流冲刷逐年扩大达到设计断面，过闸流量也逐年加大，致使闸下断面也冲深淘宽，自行调缓纵坡，闸下水位下降导致运行水头值大于原设计值，渠道断面出现不规则淘宽，相对节制闸成为缩窄型，其下消力池末端单宽流量大于下游渠道的1.5倍，水流携带较大的能量，特别是消力池出口与下游渠道连接处，消能不够充分，余能较大时，较大的回流强度将会使岸坡淘刷，必然导致冲淘破坏。

（3）渠床多为河湖相冲积结构，土质抗冲能力差，经长期运行普遍下切。据多年渠道大断面测量资料分析对比，总干渠渠床比原设计下切达0.5-0.7m，断面淘宽，闸下游水位降低，改变了运行条件。同时，在消力池出口处形成跌差（约0.3m）,致使消力池内出流出现波动水跃，能量达不到充分消减及海漫长期受冻胀破坏，长期冲淘必然导致海漫及岸坡塌陷，危及闸室的安全。

（4）原设计工程布置及管理运行不合理。总干渠第一节制闸是由1952年建成的原黄济渠进水闸及船闸、泄水闸于1963年改建而成。节制闸布置不太合理，上游渠道约300米为弯道，左、右节制闸闸下约500米处汇合入总干渠。由于受上游来水流量和下游水位的不断变化的影响、过闸水流的水位、流量及流速均在不断变化，在改建工程设计时未能加以一一分析，而是简单定一个上下游水位。如对节制闸上游水位实测，左节制闸右第一孔比左第一孔水位高出0.416m。这样，运行过程中，使出流产生偏折，必然致使闸后主流向左岸顶冲，造成左岸渠坡坍塌，右岸渠坡淤积。

（5）闸门开启不能严格按规程操作或开启频繁。由于闸门开启过程中流量及流态的变化，下游水浅，消力池内不易形成淹没式水跃，增加对闸下冲淘破坏。如左节制闸下，在闸门开启运行中曾存在着因开启不合理，右岸长期淤积，左岸冲淘严重，但后来通过调整船闸和黄济闸的开启方式，使右岸淤积及左岸冲淘略有削减。

2 节制闸下冲淘危害的防治措施

经过多年的工程检查观测，对该节制闸下渠床及岸坡冲淘破坏的原因进行分析研究后，笔者认为引起闸下冲淘破坏的原因是多方面的。既有人为因素，又有建筑物自身因素，诸多因素造成的破坏极其严重，对闸室的安全也存在潜在的威胁，必须加强防治，才能保证安全运行。

2.1 加强管理工作，提高管理人员的业务水平

管理部门利用停水期间，对管理人员进行集中业务培训。组织有关工程技术人员和富有多年调水经验的老同志，分析研究该节制闸的运行规律，建立健全了该节制闸调度和操作规程及闸门具体开启方案，防止和避免产生偏折水流等人为因素造成的冲淘破坏。

2.2 搞好经常性的维修养护，逐步延长闸下海漫和护坡长度

海漫出口冲淘形成冲坑，逐年发展，致使抛石防冲槽及两岸护坡基础齿槽内坡变陡，危及翼墙及海漫的稳定。为了维护工程安全，过去几年在工程维护经费极度困难的情况下，每几年都要对该节制闸投入大量的资金，进行加固维修和延长海漫、护坡长度。如1975年因左节制闸下受折冲水流的冲淘破坏，进行闸下干砌石护坡延长并增加抛石防冲槽；

1982、1985、1992、1994年对右节制闸（原泄水闸）下游右岸干砌石护坡进行了4次维修；1999年左节制闸（原黄济闸及船闸）下游右岸浆砌石翼墙及干砌石护坡进行了翻修。1992年，在右节制闸（原泄水闸）下游增设了消能梅花桩，冲坑得到控制，出现回淤。

2009年进行节制闸除险加固工程，主要进行了节制闸上游防冲槽、铺盖加固；钢筋混凝土工程冲蚀、冻融、碳化的处理；遭受破坏干砌石护坡、护底、两岸翼墙、铅丝石笼及抛石防冲槽的维修处理；更换锈蚀、老化、启闭困难的闸门、启闭机及供电设备等。2017年，对右节制闸下游消力坎的拆除重建，干砌石护坡进行维修加固并延长。如此工程维修，虽然保证了总干渠的正常运行，一定程度上延缓了工程使用寿命，但是由于闸下消能不充分等多种原因的客观存在，还是不能从根本上解决闸下冲淘破坏问题。

2.3 增加投资，加大除险加固工程的建设

分析研究节制闸下的冲淘破坏原因，根本问题是消能率偏小，佛汝德数小。合理解决问题的措施是：

（1）在闸孔出流口末端增建小坎或消力栅等辅助消能工，以消除波状水跃，使其在消力池内形成淹没水跃；

（2）增建消力池以改善扩散角，降低海漫出口形成的跌差，使底部流速变小，出闸水流均匀扩散。

2.4 加强试验研究工作，提高科学管理水平，以充分发挥工程效益

加强对工程老化、碳化、损坏原因及机理，内部隐患探测手段和方法的分析研究，工程使用年限的预测，以及加固除险技术等方面的探索，使节制闸管理更科学化、制度化、规范化，以进一步延缓该闸的老化、碳化程度，提高工程效益。

3 结语

为了彻底解决该节制闸下的冲淘破坏，对闸室安全形成潜在的威胁。多年来，工程管理技术人员做了大量的资料收集技术论证研究工作，也采取了相应措施对闸下消能防冲设施进行改造加固。对于这种老旧建筑物，改建加固虽投资大，但效益显著，对延缓工程使用寿命，保证工程正常效益的发挥有着积极的作用。为了提高在新的运行指标下的消能效果，建议运行管理单位编制一套切合实际的上游水位（H）—上下游水位差（△H）—消能安全单宽流量（q）—闸门开启度（C）关系运行曲线，使管理更科学化，保证该节制闸的安全运行，确保灌区农牧业生产高质量发展。

作者简介:杨俊林（1965— ），男，正高级工程师，现从事水利工程建设管理工作。

参考文献：

1.《浅谈水闸下游冲刷及对策措施》 许新民，海峡科学，2008.第002期。

2.《现代坝工消能防冲原理》 刘沛清，科学出版社，2010年4月1日

3.《河床下切对闸坝泄洪消能的破坏对策》 李艳富、韩昌海、杨宇，水利水运工程学报，2014年第6期。