灌區(qū)渠首攔河引水樞紐工程設計初探

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計、施工、運用管理等方面已進入了新的階段?；诖?，本文主要對灌區(qū)渠首攔河引水樞紐工程設計進行分析探討。

【關鍵詞】灌區(qū)渠首；攔河引水樞紐；工程設計

1、渠首工程的設計標準

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計標準，而河道也有相應防洪標準，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得到防洪標準，對于二者的關系和工程設計上如何考慮，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年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核，渠首工程按此標準設計即可。

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。有的河道的設計洪水為50年一遇，校核洪水為100年一遇，而一般的渠首設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為50年一遇，此種情況，設計應認真考慮的問題是：

（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構應充分論證，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力、整體穩(wěn)定、結構內力是由建成無水、正常擋水情況控制，而消能計算則是設計洪水位，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，只是一點需在設計中考慮：攔河工程閘門是提起的高度應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構的穩(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)狀的調查相結合，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，在技術上是可行的、經濟上也是合理的；木蘭渠首攔河閘全寬34m，河道寬40m，上游設計洪水位122.96m，只比下游設計洪水位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，設計情況的上游洪水位雍高0.06m。

3、堰型選擇

根據(jù)設計體會，當渠首攔河工程方案確定后，對閘壩結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）最高上游設計洪水位的概念，我們把規(guī)劃選定的閘壩結合式或全閘式的攔河工程，在無坎寬頂堰型時的上游設計洪水位稱為最高上游設計洪水位，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計洪水位。當采用有坎堰型時，所采有的堰高相應的上游設計洪水位只能低于或等于最高上游設計洪水位。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備的造價，從而減小攔河工程的總造價，按我們設計實踐體會，坎高在0.6m以上時有經濟比較意義，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的上游洪水位低于最高設計洪水位，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，相應的設計洪水位低于或等于最高設計洪水位，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、結語

攔河引水樞紐工程采用閘堰結合布置型式，同時設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計方法的應用很有特點。

參考文獻：

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