灌區(qū)渠首攔河引水樞紐工程設(shè)計初探

鄭文興

【摘要】近些年，使用年限比較久的，已被洪水沖毀的，設(shè)計標準低等原因，破壞嚴重，不能正常使用，引水為永久性攔河引水樞紐工程。攔河工程基本采用閘壩結(jié)合型或全閘型式。閘孔的尺寸在加大，這標志著我縣灌區(qū)渠首攔河引水樞紐工程的設(shè)計、施工、運用管理等方面已進入了新的階段。基于此，本文主要對灌區(qū)渠首攔河引水樞紐工程設(shè)計進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】灌區(qū)渠首；攔河引水樞紐；工程設(shè)計

1、渠首工程的設(shè)計標準

灌區(qū)灌首的攔河工程是建在天然的河道上，渠首工程有專門的設(shè)計標準，而河道也有相應(yīng)防洪標準，由于攔河工程的修建壅高了上游水位，造成了閘和灘地的上下游水位差，改變了天然河道的流態(tài)分布，在工程設(shè)計上采用消能防沖的工程措施，可以說工程對河道穩(wěn)定的不利影響基本解決，由于渠首工程與河道各有相應(yīng)得到防洪標準，對于二者的關(guān)系和工程設(shè)計上如何考慮，我們認為總的原則是以河道的遠景防洪規(guī)劃標準與渠首工程洪水標準相協(xié)調(diào)一致，具體可按以下三種情況考慮：

1.1河道的規(guī)劃防洪標準低于渠首工程洪水標準

河道的設(shè)計、校核洪水對渠首工程沒有影響，渠首工程按自己的標準進行設(shè)計，這種情況在萬畝以上灌區(qū)渠首所在河道比較少見。

1.2河道的規(guī)劃防洪標準與渠首工程洪水標準一致

這種情況，在萬畝以上灌區(qū)，5萬畝左右灌區(qū)的渠首工程比較多見，河道與渠首的防洪標準一般為20年一遇洪水設(shè)計，50年一遇洪水校核，渠首工程按此標準設(shè)計即可。

1.3河道的規(guī)劃防洪標準高于渠首工程洪水標準

這種情況也是可見的。有的河道的設(shè)計洪水為50年一遇，校核洪水為100年一遇，而一般的渠首設(shè)計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇，此種情況，設(shè)計應(yīng)認真考慮的問題是：

（1）攔河工程的總寬度要適當束窄，盡量減小上游水位的壅高，其上下游水位差一般應(yīng)控制在0.3m左右，一是減小消能防沖工程，二是較小的改變天然河道流態(tài)，保持灘地的穩(wěn)定，這對防洪堤防的安全是十分必要的，此外，高標準防洪河道一般都有重要的保護對象，采用何種攔河工程結(jié)構(gòu)應(yīng)充分論證，當主河道相對于灘地比較寬、比較深、泄流能力比較大時，采用全閘式攔河工程是比較合理的；

（2）攔河閘工程的地基應(yīng)力、整體穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)內(nèi)力是由建成無水、正常擋水情況控制，而消能計算則是設(shè)計洪水位，校核洪水位，閘門全開時為控制條件，水位再升高由于過水斷面積的較快加大，攔河工程的壅水作用減小，上下游水位差減小，已不是消能的控制條件，因此，河道的高標準洪水對攔河工程影響不大，只是一點需在設(shè)計中考慮：攔河工程閘門是提起的高度應(yīng)使其底部在河道最高洪水位以上0.2m，這一是為平順河道水流，對堤防、攔河工程的安全有利，二是防止河道的飄浮物沖撞閘門，對保持閘門及上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，閘門的安全運用都是十分必要的。

2、攔河工程方案

隨著投資條件的改善，全閘式攔河工程，在近些年建的比較多。關(guān)于攔河工程方案中的攔河寬度和攔河工程型式，我們認為：

（1）計算與河道現(xiàn)狀的調(diào)查相結(jié)合，攔河工程選在順直河段上，取其平均寬度略大一點的值為攔河工程的總寬度，這對降低上游壅高水位，減小上下游水位差，保持天然河道流態(tài)減少消能防沖工程造價，在技術(shù)上是可行的、經(jīng)濟上也是合理的；木蘭渠首攔河閘全寬34m，河道寬40m，上游設(shè)計洪水位122.96m，只比下游設(shè)計洪水位122.90m壅高0.06m，采用了合理的堰型，分別為無坎寬頂堰和折線型實用堰，基本上保持了天然河道流態(tài)，這對堤防的安全、河道的穩(wěn)定、工程的安全運行都是十分有利的。

（2）盡量采用大跨度的全閘方案，以減小攔河工程總寬度，這對保持河道的天然流態(tài)，河道的穩(wěn)定，工程的安全運用有利。特別是主河道寬而深，灘地比較窄的河道，以河道過流為主更應(yīng)如此，木蘭攔河閘工程亦如此，主槽寬近40m，深5.0m，而灘地寬只70m，采用的是全閘方案，3孔、孔寬10米，設(shè)計情況的上游洪水位雍高0.06m。

3、堰型選擇

根據(jù)設(shè)計體會，當渠首攔河工程方案確定后，對閘壩結(jié)合方案的沖砂泄洪閘或是全閘方案的攔河閘，都存在堰型方案比較和選擇的問題。下面就其主要點說明如下：

（1）最高上游設(shè)計洪水位的概念，我們把規(guī)劃選定的閘壩結(jié)合式或全閘式的攔河工程，在無坎寬頂堰型時的上游設(shè)計洪水位稱為最高上游設(shè)計洪水位，做為攔河工程的上游最高限制洪水位。顯然，當選定無坎寬頂堰方案時，此水位便是上游的設(shè)計洪水位。當采用有坎堰型時，所采有的堰高相應(yīng)的上游設(shè)計洪水位只能低于或等于最高上游設(shè)計洪水位。其目的是不能再因堰型選擇不當再一次的壅高上游水位，盡量減小攔河工程所造成上下游水位差，以保持河道的穩(wěn)定和渠首工程的安全運用。

（2）推薦二種堰型當不具備采用有坎堰時，則只能采用無坎寬頂堰；當具備采用有坎堰時建議采用折線型實用堰，它較其它曲線型實用堰施工簡單、質(zhì)量易保證，且在高水平

時為薄壁堰流，有較高的流量系數(shù)和較大的過流能力。

（3）有坎堰的實用條件攔河工程閘的堰頂高程要低于引渠底高程1.0m左右，當河底高程較渠底高程低2.0m左右時，可考慮采用，而采用有坎堰的目的是減小閘門的擋水高度、降低閘門與啟閉機設(shè)備的造價，從而減小攔河工程的總造價，按我們設(shè)計實踐體會，坎高在0.6m以上時有經(jīng)濟比較意義，由于天然河底高程與渠底高程差的限制，最大坎高一般在1.0m左右，所以我們把坎高的比較范圍定在0.6～1.2m之間，其中可能有幾個坎高相應(yīng)的上游洪水位低于最高設(shè)計洪水位，原則上最高者為選定方案，所以，堰頂高程低于渠底高程1.0m左右，堰高在0.6m以上，相應(yīng)的設(shè)計洪水位低于或等于最高設(shè)計洪水位，便是采用有坎堰的條件，反之采用無坎寬頂堰。按上述堰型比較，木蘭攔河閘則采用1.0m有坎折線型實用堰。

4、結(jié)語

攔河引水樞紐工程采用閘堰結(jié)合布置型式，同時設(shè)置了專門供魚類洄游的魚道，需要研究和解決的問題較多。通過在各設(shè)計階段所進行的大量的專題論證和研究試驗工作，都得到了有效的解決，其中有些研究成果或設(shè)計方法的應(yīng)用很有特點。

參考文獻：

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