內外庫式渠首在新疆天山北坡河流的應用和展望

【摘要】內外庫式渠首是新疆水利工作者根據河流徑流、泥沙、洪水情況和50多年的人工彎道渠首運行管理經驗設計的一種新形式的渠首。內外庫式渠首有著不間歇引水、推移質分離、2次沉沙的優點，對于山溪性多泥沙中小河流，引水率高，推移質入渠磨損嚴重，閘前泥沙淤積導致泄洪能力不夠的問題有了一種高效的解決方法。

【關鍵詞】內外庫式渠首；天山北坡河流；應用和展望

1、內外庫式渠首及新疆北疆渠首現狀

內外庫式渠首是攔河式渠首的一個變種，簡單來說，正面泄洪側面引水的攔河式渠首改為外庫正面泄洪側面利用溢流堰引水進內庫，內庫再設置引水閘引水。內外庫式渠首的優點：

1.1 庫的主要作用是攔蓄住對引水渠道磨損最嚴重的推移質泥沙，洪水時外庫利用庫水和洪水集中長時間處理進入外庫的推移質泥沙。

1.2 內庫由于設置的溢流堰比上壩（或泄洪閘）低1到2米，外庫進入內庫流速較低（2米每秒以下），泥沙入內庫較少（不足10%），進入內庫的泥沙通過二次沉沙再進入引水渠，可以做到引清入渠。

1.3 由于內庫有一定的蓄水功能，在外庫泄洪排沙期間，即使溢流堰不進水，利用內庫庫容依然可以引水。可以做到排沙和引水兩不誤。

北疆已建渠首多為低水頭渠首，其中又以彎道式居多。除阿勒泰地區以外的北疆其他地區36座渠首中，彎道式有 26座，占 72%。可見，低水頭，尤其是彎道式是北疆引水渠首的主要形式。彎道式引水渠首雖然具有結構簡單、造價低的特點，但實際引水率均低于 50%。

2、新疆天山北坡一些渠首運行情況

2.1 呼圖壁河老人工彎道渠首存在的問題

一、河床過寬，河道縱坡偏小，工程范圍內無固定河彎，建設彎道式渠首的地形條件差。

二、因閘底板設置高程不當，引水閘與沖沙閘夾角大于合理夾角一倍以上，使沖沙水流在閘前急拐削弱了沖沙能力導致泥沙從閘后向閘前淤積，彎道平均淤積高度2.5米。

三、設計造床流量為400m3/s，由于設計造床偏大，彎道過寬，人工彎道環流無法形成，加劇了泥沙淤積和河床抬高。四、老渠首平均每年集中停水沖沙30 次、渠道斷水時間超過 200h、沖沙水量2500 X 10m3，進入灌區最大卵石粒徑超過60cm，對灌區正常用水造成十分不利的影響。

2.2 巴音溝河攔河閘加人工彎道渠首存在的問題

一、上游攔河閘4孔泄洪閘2孔引水閘，由于泥沙大量淤積導致，只有通過不斷的加高引水閘閘底板高度和檢修閘門增加木梁的方式，讓引水閘底板比泄洪閘底板高2米，由于泄洪閘和潰壩的高度都為4米，引水閘寬4米，引水閘過水高度最高為1.5m，引水閘最多能走25m3/s，導致引水能力不夠。

二、下游人工彎道，存在人工彎道過寬的問題，無法達到環流，人工彎道成為沉砂池。

三、人工彎道上游的泄洪閘前常年淤積高度超過2.5米，下游排沙閘泄洪閘常年淤積高度超過2米，影響了泄洪安全。

四、渠首主汛期每天集中2個小時集中排沙每天3次，渠道斷水超過300h、沖沙水量3500萬m3，進入灌區最大卵石粒徑超過40cm，每天春季4月停水1個月的時間，維修引水渠道，否則渠道無法引水。

3、金溝河人工彎道渠首存在的問題

3.1 彎道設計流量偏大。

渠首在設計的時候，選擇的設計流量220 m3/s，作為彎道半徑的設計標準，現在看來，是偏大的，一年中，很少時間能達到設計流量，從而無法形成橫向環流，不符合其原理，而常年水流直對進水閘，排沙不力，大量泥沙進入進水閘和總干渠。

3.2 泥沙入渠。

金溝河是多泥沙河流，金溝河多年平均懸移質沙量73.87萬t；多年平均推移質輸沙量11.08萬t。多年平均輸沙總量84.95萬t，最大年輸沙總量216.6萬t，最小年輸沙總量26.4萬t。40多年的運行，使上下游河床抬高約3.5m，造成閘前、閘后排沙不暢，大量泥沙堆積在閘前。

4、新疆北疆地區部分人工彎道渠首的通病

3座渠首雖然在形式上有所不同，但是存在的主要問題基本一致，

1、人工彎道設計偏大，無法形成環流，導致彎道大量淤積。2、泥沙入渠嚴重，大量泥沙入渠導致渠道事故和需要花費專門的時間停水維修渠道，或者是通過在引水渠道設置渦管或者排沙漏斗或是沉砂池進行渠道內排沙。3、在汛期和用水高峰期需要大量的水沖沙，否則人工彎道渠首無法正常運行，由于長時間的停水沖沙導致灌區農業無法正常用水。

5、內外庫渠首在新疆北疆地區的應用

呼圖壁河內外庫式渠首工程于 2009 年7月開工，2011年10月完工， 建成使用近5 年.外庫系統：外庫用來攔截沉積推移質，沉積的泥砂由布置在下壩左側的泄洪沖砂閘排到下游。 外庫用來沉積懸移質中粗顆粒泥砂。形成外庫的泄洪沖砂槽相對較窄，外庫泥砂可以通過泄洪沖砂閘比較容易地沖到庫外。引水通過外庫→溢流堰→內庫進入引水閘， 溢流堰和引水閘前都設有一定高度的攔砂坎，除砂效果好。在引水期間，當外庫泄洪沖砂閘關閉時，用于沉淀推移質泥砂，起到沉砂池的作用；泄洪沖砂槽為行水通道，溢流堰進水通過外庫引入， 溢流堰頂和泄洪沖砂閘底之間相差8.45 米，即使在泄洪沖砂閘關閉狀態下， 推移質泥砂和部分懸移質也將會沉積在外庫中；而進入內庫的水繼續沉淀，泥砂大部分將會被沉淀到內庫中，經兩次沉砂處理，引入渠道的水流含砂量相對較低。內庫系統：內庫用來沉積懸移質中粗顆粒泥砂，并進行日調節。內庫通過布置在上壩尾部的溢流堰及上壩部分透水壩體進水，灌溉引水閘布置在下壩的右側， 輸水渠道布置在右岸的階地上，后接入青年干渠中。

呼圖壁河內外庫式渠首， 該工程布置形式在新疆渠首工程上是首例， 完全達到設計預期效果。工程建成后取得了顯著的社會效益及經濟效益， 解決了引水樞紐多年存在的問題， 提高了引水質量， 解決渠首泥砂淤積問題， 提高了水庫管理運行水平及工程效益， 使灌區各業用水在現狀基礎上有較大的提高。

6、結語

內外庫式渠首是對現有一些人工彎道渠首存在的問題思考，提出的一種解決方案，方案既解決了停水沖沙，泥沙入渠，淤積導致無法正常泄洪這些人工彎道存在的主要問題，又通過內庫的庫容使不間歇引水成為了可能，對灌區的農田正常灌溉提供了保證。

個人簡介：馬紅剛，1982年生，男，新疆石河子巴音溝河流域管理處渠首站站長，工程師，主要研究方向水閘樞紐運行管理，河流水文監測，多泥沙河。