底欄柵式引水渠首應用效果分析

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院， 新疆 庫爾勒 841000)

底欄柵式引水渠首應用效果分析

熊夏瀾

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院， 新疆 庫爾勒 841000)

底欄柵式引水渠首具有結構簡單、施工方便的特點。采用這種渠首形式，能夠降低水流的含沙量，有效解決下游渠道泥沙淤積的問題。本文對且末縣塔什薩依河引水樞紐工程中底欄柵式渠首的設計和應用進行了研究，對其優、缺點進行了分析，對類似工程有一定參考價值。

底欄柵式渠首； 應用； 效果； 消能方式

牧區水利工程是改善新疆自治區牧民生產生活條件、促進牧民增收的關鍵性工程。塔什薩依河引水樞紐及干渠的建設，將塔什薩依河流域的開發建設變為現實，為牧民定居奠定了基礎。本文以塔什薩依河引水樞紐工程中底欄柵引水渠首為例，具體探討底欄柵渠首設計與應用效果。

1 工程概況

塔什薩依河引水樞紐工程位于塔什薩依河出山口以下11km、下切河床與擴散河床交接處，地理位置位于東經87°01′24″、北緯38°19′32″處。該工程為Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物為3級，次要建筑物和臨時建筑物為4級。樞紐工程的建設，將滿足下游灌區的灌溉引水要求，提高灌區引水保證率，為且末縣飼草料地的灌溉提供保證。通過樞紐位置的確定和方案比選，確定樞紐建在出山口11km處，采用底欄柵式渠首。

2 底欄柵底渠道特點

采用底欄柵式引水渠首是防止泥沙進入引水渠道的一種有效措施。與其他引水渠首相比，其布置容易、結構簡單、施工方便、工程造價低、易于運用管理。目前，底欄柵式引水渠首已發展到第三代。第一代底欄柵式引水渠首較為簡單，底欄柵堰跨越全河寬布置，河流挾帶的細顆粒泥沙大部分或全部穿過柵條間隙進入廊道，大漂石滾砸易破壞柵條，導致廊道被泥沙淤滿而無法引水，最終只好改建；第二代底欄柵式引水渠首采用的是潛壩和底欄柵相結合的型式，即在河道的主河槽部位將底欄柵由潛壩替代；第三代底欄柵式引水渠首采用的是溢流壩、底欄柵和沖沙閘相結合的型式，是對前幾次的總結和改進。該工程設計采用第三代底欄柵式引水渠首，主體結構型式：廊道進水閘—底欄柵—泄洪沖沙閘—溢流堰式引水樞紐。

3 主要建筑物

通過樞紐位置的確定和方案比選，確定了樞紐建在出山口11km處，采用底欄柵式渠首。工程從左到右分別布置有欄柵堰30m、泄洪沖砂閘15m、溢流堰35m，廊道末端設廊道進水閘，進水閘前設導沙坎，樞紐下游設防沖深隔墻。進水閘后接220m長連接渠道。

3.1 欄柵堰

欄柵堰布置在河道左岸，軸線與水流方向正交。在欄柵堰內設兩道引水廊道，為防止細顆粒泥沙進入廊道，廊道頂高程較河床高1.4m。兩廊道寬度均為1.5m，長30m，廊道欄柵堰頂柵條為i=0.1坡度布置，采用整體式兩道廊道，廊道為C25混凝土結構。廊道柵條采用上寬下窄的梯形鑄鋼，柵條間隙取1.0cm，鋼條高50mm。欄柵堰上游設混凝土防滲鋪蓋，下游設混凝土10m長護坦，護坦后接7m長深隔墻防沖槽，深隔墻深6m。

3.2 泄洪沖砂閘

泄洪沖砂閘布置在河道中間靠近主河槽處，軸線與水流方向正交，底板高程為1401.70m。泄洪沖砂閘為3孔，閘孔尺寸為5.0m×2.5m，采用弧形鋼閘門；閘室采用整體式，閘室長10m，上下游均設3m深齒墻；上游設混凝土防滲鋪蓋長10m，下游設混凝土護坦長9m，護坦后接7m長深隔墻防沖槽，深隔墻深6m；閘墩采用C25鋼筋混凝土，高度為6m，厚度為1m；閘底板采用C25鋼筋混凝土，厚度為1m。閘底板表面0.30m采用C60硅粉混凝土澆筑，閘墩下部1m范圍內全部采用C60硅粉混凝土；沖砂閘和欄柵堰、溢流堰之間均設導沙坎。

3.3 溢流堰

溢流堰為寬頂堰，長度為35m，根據過洪計算，溢流堰高2m，堰頂高程為1404.20m，堰頂水平段寬3.0m，斜坡段寬5.7m。外部為C60硅粉混凝土澆筑層，厚0.5m，內為漿砌石結構；上游設混凝土防滲鋪蓋長10m，下游設混凝土護坦長10m，護坦后接7m長深隔墻防沖槽，深隔墻深6m。

3.4 渠道進水閘

渠道進水閘位于樞紐左岸引水廊道末端，共兩孔，閘底高程為1399.6m，閘孔寬度與廊道寬度相同，為1.5m，閘室采用C25混凝土整體澆筑。渠道進水閘門采用成品鑄鐵閘門，尺寸為1.5m×2.6m。渠道進水閘后為引水干渠與樞紐的連接渠道。

3.5 導沙坎

欄柵堰前及沖砂閘和溢流堰之間設置導沙坎，將河道大粒徑泥沙導向泄洪沖砂閘，坎斷面設計成截墻式，坎后為一水平平臺，坎高出河床1.4m。

3.6 上下游導流堤

為防止在樞紐建成后上下游邊坡坍塌而破壞樞紐及改變河道，在樞紐上下游布置導流堤工程總長324m，其中左岸上游91m、下游71m，右岸上游91m、下游71m；導流堤采用C20混凝土一坡到底結構形式，導流堤基礎深度為3m。導流堤端頭均伸入兩岸基巖內5～15m。

3.7 下游消能防沖

根據該樞紐的工程地質情況和已建類似工程的經驗，樞紐下游設隔墻后接防沖槽，防沖刷效果顯著，隔墻深6m，隔墻采用C25混凝土，防沖槽長7m，防沖槽底先鋪1m厚格賓石籠，上面回填3m厚拋石。

3.8 連接渠道

樞紐廊道末端引水干渠進水閘后接220m長的大開挖渠道。渠道縱坡1/537，襯砌形式為100mm厚C20現澆混凝土板，渠深1.8m，底寬2m，邊坡1∶1.5。

3.9 工作橋

工作橋只在沖砂閘上設置。采用T形梁橋，跨度為6m，共3跨，梁高0.6m，C25鋼筋混凝土結構。

4 廊道長度計算

該樞紐由引水廊道、沖砂閘和溢流堰組成，必須先計算出滿足引水流量的廊道長度，再由此計算沖砂閘的寬度及溢流堰的寬度和高度，以滿足過洪要求。為使進入底欄柵引水廊道的泥沙較少，需抬高欄柵堰頂高程，使欄柵堰上游形成一定的沉沙庫容，并可使沖砂閘具有一定的沖砂水頭。根據經驗，取欄柵堰頂高程抬高1.40m，即欄柵堰前導沙坎的高程為1403.10m。計算公式如下(公式(1)為順水流第一條廊道的計算公式，公式(2)為第二條廊道的計算公式)：

(1)

(2)

由計算可知，柵條間隙取1.0cm，寬度取1.5m，則2道底欄柵所需長度為30m，可滿足加大引水流量 10m3/s的要求，廊道首端高程為1402.26m，末端接引水渠的高程為1399.6m。根據計算，廊道底坡需高5個坡度，為方便施工，廊道底坡設3個坡。

5 應用效果分析

塔勒克河屬山溪性河流，河道縱坡陡，流速大。已建工程實踐證明：常規的平面型底流消能方式，如：消力池、消力檻、消力墩等，不能解決防沖與防淤的矛盾。由于推移質泥沙量多、流速高，對消能工程破壞極大，而且由于下泄水流動能削減過大，可能造成泥沙嚴重淤積，因此，下游消能不宜采用這些消能措施。

該工程結合閘址處工程地質條件，采用溢流壩、底欄柵和沖沙閘相結合的第三代底欄柵式引水渠首，可有效防止泥沙進入引水渠道，解決了引水、沖砂、過洪等問題；閘室底板采用C40硅粉混凝土，有效解決了閘室磨損問題；閘后及堰后采用防沖隔墻接基礎基巖，有效解決了樞紐下游消能防沖問題。

6 結 語

底欄柵的優點是可防止大顆粒泥沙進入渠道，管理容易，投資較水閘方案少。缺點是引水靠欄柵柵條進水來保證，一旦柵條被堵將會影響渠道引水流量，引水保證率比水閘方案要低，另外，如果河道的縱坡發生了改變，也容易引起河道的沖淤變化。

[1] 楊泉，李東林.底欄柵式引水樞紐中排砂漏斗合理運用的探討[J].廣東水利水電，2010(12)：12-13.

[2] 盧朝霞，李立軍，曹健.底欄柵式引水樞紐在三工河上的應用[J].水利與建筑工程學報，2006，4(3)：72-73.

[3] 閆俊平，范建偉，底欄柵式渠道在多泥沙山溪性河流中的應用[J].內蒙古水利，2002(4)：31-33.

AnalysisonApplicationEffectofBottom-gratingDiversionCanalHead

Xiong Xia-lan

(Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute of XinjiangBayingolin Mongol Autonomous Prefecture, Korla 841000, China)

Bottom-grating canal head has such advantages as simple structure and convenient construction. It can reduce sand content in the water flux and effectively solve downstream canal sediment deposition problem. This paper studies design and applications of bottom-grating canal head in the diversion pivotal project of the Qiemo County Tashisayi River. The analysis on its advantages and disadvantages may be for information to other projects of the same kind.

bottom-grating canal head; application; effect; energy dissipation way

TV91

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1005-4774(2014)11-0063-02