4 三义寨引黄闸工程任务和规模
4.1 工程建设的必要性
4.1.1 工程区自然环境状况
兰考黄河大堤位于黄河下游上端，大堤于古城开封市北侧穿行而过，上端与开封县堤防相接，下端与山东东明县堤防相连。该段堤防始建于金大定六年（1166年），经历代河道的变迁、冲决堵筑不断修建而成。大堤起止公里桩号分别为126+640和156+050。
兰考县属暖温带、半湿润大陆性季风气候。年平均气温为14.1℃，最冷月为1月，月平均气温为-0.3℃，最热月为7月，月平均气温27.0℃。年平均降水量619.3mm，6～8月降水量占全年降水量的57.8%。多年平均蒸发量1937mm，平均相对湿度为68%。该区冬季寒冷干燥，春冬干旱多风沙，秋季天高气爽，夏季高温多雨。雨热同季的气候，不仅适宜小麦和水稻等农作物生长，而且对花生、西瓜等经济作物的栽培也极为有利。
4.1.2 洪水灾害情况分析
黄河下游是举世闻名的“地上悬河”，洪水灾害历来为世人所瞩目，历史上被称为中国之忧患。由于黄河下游河道高悬于两岸平原之上，洪水含沙量大，黄河一旦决堤，洪水泥沙俱下，对生态、环境将造成毁灭性的灾害。根据历史洪水灾害情况分析，黄河决堤后水冲沙压，田庐人畜荡然无存者屡见不鲜，泥沙将造成河流淤塞、良田沙化、灌排系统将受到严重破坏，更为严重的是这些影响都不能够在短期内能够恢复的，水沙破坏对自然环境和农业生态的破坏影响将长期存在。
黄河兰考堤防土质复杂、接头多、不密实，存在裂缝、漏洞等问题，堤身质量差。该段堤防历史决口口门有南北庄、四明堂等。近十几年来，该段河道泥沙不断淤积，河床抬高，中小洪水水位偏高，如1996年8月花园口站发生洪峰流量7600m3/s的洪水，开封兰考河段水位表现为水位高、洪水行进慢，给滩区人民的生命财产带来严重危害，对黄河大堤安全构成了很大威胁。
4.1.3 工程现状及存在的主要问题
4.1.3.1 三义寨引黄闸
（1）工程现状。三义寨引黄闸位于开封市兰考县境内，黄河右岸大堤相应大堤桩号130+000，原设计正常引水流量为520m3/s，设计效益为灌溉豫东、鲁西南的开封、商丘、菏泽2省3市20个县农田1980亩，放淤改造盐碱沙荒地15.6万亩。
三义寨引黄闸为大型开敞式水闸，属一级建筑物。结构型式为钢筋混凝土结构，共分3联6孔，每2孔为1联。每孔宽12m，闸总宽84.6m。闸墩高10.5m，最高处12.8m。闸底板长21.5m，上游引水渠长152m，闸前防冲槽长11m，其后设有59.5m防渗黏土铺盖，下游消力池长16m，浆砌块石海漫长40m，干砌块石海漫长35m，防冲槽长15m，渐变渠长60m。闸门上游喇叭口左岸为沉排即块石护坡工程，右岸为铅丝石笼护脚及块石护坡工程。墩顶设有装配式闸前修理桥，闸上工作桥，闸后有汽13t交通桥，桥两边有1m宽的人行道及安全栏杆。该闸闸基土质为极细沙，最大粒径约0.3mm。考虑闸基砂层震动液化问题，在闸底板下周围打有总长度达235.1m的进口钢板桩。开挖基坑时用井点排水，为增加渗径，在铺盖前端和消力池后端加打木板桩。
三义寨引黄闸始建于1958年，是大跃进时代的产物，整个工程采取了边勘测边设计边施工的方式，工程质量较差。由于在运用过程中，闸身强烈震动，导致闸墩、闸底板、机架桥大梁裂缝，特别是闸底板严重裂缝，遂于1974年和1990年进行了两次改建。第一次改建主要是改中联2孔弧形钢闸门为四孔平板钢闸门，闸门宽4.8m，高4.5m，两边联闸底板加高2.5m，中联闸底板加高2m，设计流量300m3/s；第二次改建主要是保留中联4孔平板钢闸门，拆除边联四孔弧形闸门，在原叠梁闸门槽处修建钢筋混凝土挡水墙。两次改建后的设计流量141m3/s，担负着开封、商丘两市十县的农业用水任务。
（2）存在的主要问题。三义寨引黄闸虽然经过两次改建加固，但根本问题没能得到彻底解决，工程仍存在着许多问题，将直接威胁着闸门的安全和稳定，闸墩、闸底板、机架桥大梁严重裂缝。钢闸门板锈蚀、漏水，没有导向装置和行走轮不转动等问题将会造成闸的抗洪能力降低；闸前、后渠道的严重淤积，导致引水效益下降；闸的运行能力、防洪能力的降低，对该闸今后的防汛也产生一定的威胁。
开封市黄河河务局于2003年完成了《三义寨引黄闸工程现状调查分析报告》，并委托河南黄河勘测设计研究院、黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心分别对该闸进行了复核计算分析和现场安全检测，完成了《三义寨引黄闸复核计算分析报告》和《三义寨引黄闸现场安全检测报告》。2004年1月在开封市召开了河南开封三义寨引黄闸工程安全鉴定会。与会专家听取了开封市河务局、黄河水利委员会基本建设工程质量检测中心、河南黄河勘测设计研究院的汇报，对各单位提供的有关报告文件，依据《水闸安全鉴定规定》（SL 214—98）以及《黄河下游水闸安全鉴定规定》（黄建管〔2002〕9号）逐一进行了审查，一致认为成果真实可靠，深度基本满足规范要求，形成鉴定意见如下：
1）经复核计算分析，该闸在不同荷载组合情况下，闸室平均基底应力在151.3～173.7kN/m2之间，大于地基允许允许承载力125kN/m2；最大基底应力在186.9～213.7kN/m2之间，大于地基允许承载力的1.2倍；不满足《水闸设计规范》（SL265-2001）规定的要求。
闸室的基底应力最大值之比在2.07～2.40之间，大于规范规定的允许值1.5～2.0，不满足要求。计算分析的结果与该闸闸墩、启闭机房等多处裂缝情况相吻合。
2）经复核计算分析，该闸闸室的抗滑稳定、抗浮稳定在各种荷载组合情况下均满足规范要求。
3）三义寨引黄闸上游铺盖、下游消力池、海漫存在多处贯穿性裂缝，消力池、海漫存在多处孔洞，漏水严重，部分裂缝、孔洞还喷水带沙，结构整体性破坏严重。
边联混凝土挡水墙及左右岸连接建筑物均有不同程度的破坏，不满足现行有关规范的规定。
4）经复核计算，该闸引水规模为86.34m3/s，已满足不了设计141m3/s的要求。
5）闸墩表面均有麻面、局部混凝土脱落现象；除两边墩和两次改建时中联加的两中墩外，其余闸墩均有严重的贯穿性裂缝。中联四孔闸底板冲刷受损严重，部分表层混凝土脱落；闸底板裂缝继续发展，2003年12月清淤检查时又发现3条新裂缝。胸墙混凝土碳化严重，有41.4%的钢筋已失去混凝土的碱性保护作用，处于易锈蚀状态；两边联胸墙各有一条横向裂缝，最大缝宽2.5mm。闸室混凝土老化破坏严重，结构受损，已不能正常运行。
6）闸门门体及门槽埋件锈蚀严重，结构受损；闸门支撑、导向结构失效，已不能正常挡水和启闭。
混凝土叠梁闸门老化，钢筋锈蚀，起吊绞车多处损坏，已无法使用。
启闭机已运行27年，属于老型号产品，已超过其折旧年限。
7）三义寨引黄闸闸上交通桥原设计标准为汽13t、挂60t。经过检查发现两边拱波上均有贯穿性裂缝，最大缝宽2.0mm，且有白色钙质析出物；两端引桥产生断裂错位，已不能正常使用。
机架桥桥梁初期运用产生裂缝，运行过程中裂缝继续发展，已不能正常使用。
根据三义寨引黄闸现状调查分析、现场检测成果分析及复核稳定计算成果分析，认为三义寨引黄闸运用指标无法达到设计标准，存在严重的安全问题，不能满足正常使用要求，评定为四类闸。
2004年4月黄河水利委员会以黄建管〔2004〕9号文对三义寨引黄闸进行了批复：三义寨引黄渠首闸位于国务院明确的黄河重点固守堤段，承担着黄河大洪水的压力，其安全运用与否，事关黄河防洪安全大局，鉴于三义寨引黄闸为四类闸，按照水利部《水闸安全鉴定规定》，同意报废重建。
4.1.3.2 渠堤
三义寨渠堤堤顶宽度10～12m，高度5～7m，相应大堤桩号129+300～130+831，堤防全长3500m。随着河床的抬高，该段防洪能力明显下降，后多次修补抬高，目前，该段工程仍在运行，但在防洪作用上已不能达到应有的防洪标准。目前存在问题：堤防横断面不足，堤身土方残缺；堤防边坡过陡，土方流失严重；兰杞干渠严重侵占堤脚。该段是兰考堤段唯一没有淤背加固的堤段。
4.1.4 工程建设的必要性
4.1.4.1 防洪安全的要求
开封兰考段位于黄河下游上首，该河段河道宽浅，溜势散乱，滩岸变化复杂，是典型的游荡型河道，由于近几年水量偏枯，河槽淤积严重，槽高、滩低、堤根洼的现象进一步加剧，极易造成险情。小浪底水库建成后，下游仍可能发生大洪水；下游河势变化仍然较大，中常洪水还有可能冲决和溃决大堤。该段堤防一旦决口，洪水泛滥范围及淹没影响面积均较大。三义寨引黄闸位于兰考堤段，该堤段决溢可能影响范围1.33万km2，洪泛区边界范围为北界洙赵新河；南界东鱼河，流入南四湖。据初步估算，如果在兰考附近发生决口泛滥，直接经济损失将达到214亿元。除直接经济损失外，黄河洪灾还会造成十分严重的后果，铁路、公路及生产生活设施，引黄灌排渠系都将遭受毁灭性破坏，造成群众大量伤亡，泥沙淤塞河渠，良田沙化等，对社会经济发展和环境改善将造成长期的不利影响。
4.1.4.2 新三义寨引黄灌区的需求
三义寨引黄灌区受益范围包括开封市境内的开封、兰考、杞县3个县，商丘市境内民权、睢县、虞城、梁园区、睢阳区6个县（区），包括87个乡镇，1765个行政村，总人口303.81万人，其中农业人口265.62万人。随着社会经济的发展，农村人口城镇化的比例将逐步提高，根据预测2015年灌区农村人口为218.82万人。
三义寨灌区包括开封市的开封、兰考、杞县和商丘市的民权、宁陵、梁园区、睢阳区、睢县和虞城9个县区，设计灌溉面积344万亩，总干渠设计引水流量107m3/s，按设计灌溉保证率75%，灌区设计年引水量9.68亿m3。
灌区主要农作物有小麦、玉米、棉花、大豆、花生等，1998年该区国民生产总值为125.26亿元，农业总产值为15.13亿元，粮食总产量9.07亿kg。根据灌区农业发展规划，2015年作物种植比例为：小麦75%，玉米20%，棉花22.2%，经济作物20%，复种指数可达到1.77。预计作物产量2015年将达到：小麦亩产400kg、玉米400kg、棉花80kg，粮食总产量达到240万～280万t。
三义寨引黄灌区的水资源包括黄河水、地表水和地下水，其中黄河水是主要水源。根据灌区水资源供需平衡分析，灌区2015年引水设计灌溉保证率为75%时，到灌区工农业及生活用水总量将达到13.53亿m3，其中，农业总用水量10.20亿m3，城镇工业及生活总用水量1.67亿m3，乡镇企业用水量0.71亿m3，农村人畜用水量0.95亿m3；地下水可开采量5.85亿m3，当地地表水可利用量0.33亿m3，需引黄河水7.93亿m3。在灌区灌溉保证率50%时，全灌区工农业及生活用水总量将达到11.73亿m3，其中，农业总用水量8.4亿m3，城镇工业及生活总用水量1.67亿m3，乡镇企业用水量0.71亿m3，农村人畜用水量0.95亿m3；地下水可开采量5.85亿m3，当地地表水可利用量0.47亿m3，需引黄河水6.93亿m3。
三义寨引黄闸工程建设后，将会为灌区340万亩的农田提供充足而优质的黄河水资源，还可以补充地下水，涵养地下水资源，使灌区水资源短缺的矛盾得到缓解，并改良土壤，使土壤水盐运动向良性循环方向发展，使土壤结构向更有利于作物生长的方向转化，提高农田抗御自然灾害的能力；通过引黄补源，可促进农业生态环境的协调发展和自然生态系统的良性循环，为发展区域内绿色农业和创建生态城市提供前提条件，有利于灌区经济社会可持续发展及和谐社会的建设。
总之，三义寨引黄闸和两侧渠堤位置重要，为确保黄河下游防洪安全，消除堤防隐患，保证引黄工程的引水效益，重建三义寨引黄闸和加固两侧渠堤是十分必要的。
4.2 工程建设任务
工程建设的主要任务是废除旧闸，在原闸址与新三义寨引黄工程之间的人民跃进渠上重建新闸，引水水流通过闸后总干渠三分枢纽工程输送至商丘、开封及兰考灌区，满足当地农田灌溉及城镇供水。加固三义寨引黄闸两侧的渠堤，消除险点隐患，保证黄河防洪安全。
4.3 工程规模
4.3.1 三义寨引黄闸
1992年9月河南省政府以〔1992〕29号文下发了《河南省人民政府常务会议纪要》，批准新三义寨灌区立项改建工程。河南省计划委员会以豫计经规〔1992〕1943号文同意建设新三义寨引黄灌溉工程，批复总干渠设计引水流量为107m3/s。
随着社会经济的不断发展，当地对黄河水的总需求正不断扩大，如遭遇特别干旱的年份和短时间加大输水要求等特殊情况，需要设计时留有余地；另外，黄河水含沙量大，引水口门容易淤堵，引水渠道容易发生淤积，这些都将可能导致无法满足设计要求。基于以上原因，在闸门设计时，需要将设计引水流量适当加大。
1995年建成了总干渠分水枢纽（商丘干渠分水闸、兰考干渠分水闸、兰杞干渠分水闸），设计流量为129m3/s，原三义寨引黄闸二次改建后的设计流量为141m3/s，基本满足今后发展的需要。
鉴于目前黄河下游两岸引黄闸的设计引水能力已远大于黄河枯水流量，在黄河水源未大幅度增加以前，一般不应扩大改（重）建旧的引黄涵闸的原来规模。要求扩大规模时，必须经过灌区规划的充分论证，并由地方水利部门报经上级机关批准。
综上所述，三义寨引黄闸本次改建设计引水流量仍维持141m3/s。
4.3.2 渠堤加固
渠堤加固范围：闸上游侧渠堤桩号0+000～0+978；闸下游侧渠堤桩号2+045～3+480，上下游两段总长2.413km。