灌区渠首拦河引水枢纽工程设计初探

郑文兴

【摘要】近些年，使用年限比较久的，已被洪水冲毁的，设计标准低等原因，破坏严重，不能正常使用，引水为永久性拦河引水枢纽工程。拦河工程基本采用闸坝结合型或全闸型式。闸孔的尺寸在加大，这标志着我县灌区渠首拦河引水枢纽工程的设计、施工、运用管理等方面已进入了新的阶段。基于此，本文主要对灌区渠首拦河引水枢纽工程设计进行分析探讨。

【关键词】灌区渠首；拦河引水枢纽；工程设计

1、渠首工程的设计标准

灌区灌首的拦河工程是建在天然的河道上，渠首工程有专门的设计标准，而河道也有相应防洪标准，由于拦河工程的修建壅高了上游水位，造成了闸和滩地的上下游水位差，改变了天然河道的流态分布，在工程设计上采用消能防冲的工程措施，可以说工程对河道稳定的不利影响基本解决，由于渠首工程与河道各有相应得到防洪标准，对于二者的关系和工程设计上如何考虑，我们认为总的原则是以河道的远景防洪规划标准与渠首工程洪水标准相协调一致，具体可按以下三种情况考虑：

1.1河道的规划防洪标准低于渠首工程洪水标准

河道的设计、校核洪水对渠首工程没有影响，渠首工程按自己的标准进行设计，这种情况在万亩以上灌区渠首所在河道比较少见。

1.2河道的规划防洪标准与渠首工程洪水标准一致

这种情况，在万亩以上灌区，5万亩左右灌区的渠首工程比较多见，河道与渠首的防洪标准一般为20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，渠首工程按此标准设计即可。

1.3河道的规划防洪标准高于渠首工程洪水标准

这种情况也是可见的。有的河道的设计洪水为50年一遇，校核洪水为100年一遇，而一般的渠首设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为50年一遇，此种情况，设计应认真考虑的问题是：

（1）拦河工程的总宽度要适当束窄，尽量减小上游水位的壅高，其上下游水位差一般应控制在0.3m左右，一是减小消能防冲工程，二是较小的改变天然河道流态，保持滩地的稳定，这对防洪堤防的安全是十分必要的，此外，高标准防洪河道一般都有重要的保护对象，采用何种拦河工程结构应充分论证，当主河道相对于滩地比较宽、比较深、泄流能力比较大时，采用全闸式拦河工程是比较合理的；

（2）拦河闸工程的地基应力、整体稳定、结构内力是由建成无水、正常挡水情况控制，而消能计算则是设计洪水位，校核洪水位，闸门全开时为控制条件，水位再升高由于过水断面积的较快加大，拦河工程的壅水作用减小，上下游水位差减小，已不是消能的控制条件，因此，河道的高标准洪水对拦河工程影響不大，只是一点需在设计中考虑：拦河工程闸门是提起的高度应使其底部在河道最高洪水位以上0.2m，这一是为平顺河道水流，对堤防、拦河工程的安全有利，二是防止河道的飘浮物冲撞闸门，对保持闸门及上部结构的稳定，闸门的安全运用都是十分必要的。

2、拦河工程方案

随着投资条件的改善，全闸式拦河工程，在近些年建的比较多。关于拦河工程方案中的拦河宽度和拦河工程型式，我们认为：

（1）计算与河道现状的调查相结合，拦河工程选在顺直河段上，取其平均宽度略大一点的值为拦河工程的总宽度，这对降低上游壅高水位，减小上下游水位差，保持天然河道流态减少消能防冲工程造价，在技术上是可行的、经济上也是合理的；木兰渠首拦河闸全宽34m，河道宽40m，上游设计洪水位122.96m，只比下游设计洪水位122.90m壅高0.06m，采用了合理的堰型，分别为无坎宽顶堰和折线型实用堰，基本上保持了天然河道流态，这对堤防的安全、河道的稳定、工程的安全运行都是十分有利的。

（2）尽量采用大跨度的全闸方案，以减小拦河工程总宽度，这对保持河道的天然流态，河道的稳定，工程的安全运用有利。特别是主河道宽而深，滩地比较窄的河道，以河道过流为主更应如此，木兰拦河闸工程亦如此，主槽宽近40m，深5.0m，而滩地宽只70m，采用的是全闸方案，3孔、孔宽10米，设计情况的上游洪水位雍高0.06m。

3、堰型选择

根据设计体会，当渠首拦河工程方案确定后，对闸坝结合方案的冲砂泄洪闸或是全闸方案的拦河闸，都存在堰型方案比较和选择的问题。下面就其主要点说明如下：

（1）最高上游设计洪水位的概念，我们把规划选定的闸坝结合式或全闸式的拦河工程，在无坎宽顶堰型时的上游设计洪水位称为最高上游设计洪水位，做为拦河工程的上游最高限制洪水位。显然，当选定无坎宽顶堰方案时，此水位便是上游的设计洪水位。当采用有坎堰型时，所采有的堰高相应的上游设计洪水位只能低于或等于最高上游设计洪水位。其目的是不能再因堰型选择不当再一次的壅高上游水位，尽量减小拦河工程所造成上下游水位差，以保持河道的稳定和渠首工程的安全运用。

（2）推荐二种堰型当不具备采用有坎堰时，则只能采用无坎宽顶堰；当具备采用有坎堰时建议采用折线型实用堰，它较其它曲线型实用堰施工简单、质量易保证，且在高水平

时为薄壁堰流，有较高的流量系数和较大的过流能力。

（3）有坎堰的实用条件拦河工程闸的堰顶高程要低于引渠底高程1.0m左右，当河底高程较渠底高程低2.0m左右时，可考虑采用，而采用有坎堰的目的是减小闸门的挡水高度、降低闸门与启闭机设备的造价，从而减小拦河工程的总造价，按我们设计实践体会，坎高在0.6m以上时有经济比较意义，由于天然河底高程与渠底高程差的限制，最大坎高一般在1.0m左右，所以我们把坎高的比较范围定在0.6～1.2m之间，其中可能有几个坎高相应的上游洪水位低于最高设计洪水位，原则上最高者为选定方案，所以，堰顶高程低于渠底高程1.0m左右，堰高在0.6m以上，相应的设计洪水位低于或等于最高设计洪水位，便是采用有坎堰的条件，反之采用无坎宽顶堰。按上述堰型比较，木兰拦河闸则采用1.0m有坎折线型实用堰。

4、结语

拦河引水枢纽工程采用闸堰结合布置型式，同时设置了专门供鱼类洄游的鱼道，需要研究和解决的问题较多。通过在各设计阶段所进行的大量的专题论证和研究试验工作，都得到了有效的解决，其中有些研究成果或设计方法的应用很有特点。

参考文献：

[1]蒋小鹏.多松多水电站引水枢纽布置及其特点[J].甘肃水利水电技术，2007（03）：8-12.

[2]江祥继，江力.西河斜坝引水枢纽布置探讨[J].四川水利，2011（02）：56-58.