渠首工程中进水闸底板高程的确定

新疆农业大学

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指导教师: 渠首工程中进水闸底板高程的确定 朱启明 科学技术学院学院 水利水电工程 水工124 班 125243469 李晓庆 职称: 副教授

2016 年03月01日

新疆农业大学教务处制

渠首工程中进水闸底板高程的确定

作者：朱启明

摘要：渠首是水利枢纽中的主要建筑物之一，它承担着各种用水要求和防止泥沙入渠的重要作用。为取得更加良好的防沙效果和引水稳定性，必须针对不同河流的径流量、丰枯比、含沙量、泥沙粒径、水面坡降、枢纽上下游水位差、冬季防冰冻要求、河道的地形地质地理位置和下游取水要求等条件选取不同的渠首布置形式。本文针对以上不同条件对无坝式渠首进水闸闸底板高程的选定进行介绍。

【关键词】渠首 无坝引水枢纽 进水闸 进水闸底板高程

随着灌溉农业的迅速发展以及城市用水的聚增，引水工程由单一的灌溉用水逐步向综合利用发展，特别由于当代科学技术的发展和断兴建筑材料的广泛采用，出现了一批在结构和布置形式上均有别于古代引水工程、而在引水防砂功能上又远胜过古代引水工程的近代与现代低水头引水防砂枢纽。现代对直接自河道的引水，在引水数量，质量上要求与日俱增，由之使引水量与冲砂水量之间的矛盾日益突出，及要求渠首引水比高，进渠泥流量少。但发源于嵩山的山溪河流携带推移质量多、粒径大，要求冲砂水比平原细沙河道有更大的冲砂动能，即更大的流量与坡降；其次，供水对枢纽提出的不含泥沙的水质要求愈来愈高；第三，随着水资源需求增加，要求渠首的引水比日益增高，能用于冲砂的水量愈来愈少，对引水枢纽的防砂要求以及单位水量排砂率要求愈来愈高，为此，引水枢纽为了满足引水防砂要求必须选择优良的枢纽位置，并根据枢纽本身的特点和条件，做出切合实际的最优布置方案。

渠首是为了满足农田的灌溉、水力发电、工业以及生活用水等的需要，在河道的适宜地点建造的由几个建筑物共同组成的水利枢纽，称之为取水枢纽或着叫引水枢纽。因其位于引水渠道之首，所以又称为渠首或渠首工程。引水枢纽的作用是把河流中的水引入渠道，以满足灌溉、发电、工业及生活用水等需要；并防止粗粒泥沙进入渠道。

一、渠首工程

渠首是为了满足农田的灌溉、水力发电、工业以及生活用水等的需要，在河道的适宜地点建造的由几个建筑物共同组成的水利枢纽，称之为取水枢纽或着叫引水枢纽。因其位于引水渠道之首，所以又称为渠首或渠首工程。引水枢纽的作用是把河流中的水引入渠道，以满足灌溉、发电、工业及生活用水等需要；并防止粗粒泥沙进入渠道。引水枢纽位于引水渠道首部，又称渠首工程。根据是否有拦河闸（坝）又分为有坝引水枢纽和无坝引水枢纽。

二、渠首的主要形式和特点

1.有坝式引水渠首

有坝取水渠首设置壅水坝或拦河闸控制河道水流，抬高水位，保证引水的取水枢纽。有坝取水一般适用于河道流量能保证引水量要求，而水位低于设计引水位的情况。当水位能满足要求时，为保证较大的引水比及减少入渠泥沙、缩短干渠长度、壅高上游水位以改善航运条件、形成上下游水头差以利发电或冲沙，以及为两岸取水创造有利条件等目的，也可采用有坝取水。有坝取水枢纽通常由壅水坝（或拦河坝）、进水闸、冲沙闸等壅水、取水以及各种防沙设施组成。在有通航、发电、过木、过鱼等综合利用要求的枢纽中，还应根据需要设置船闸、水电站、筏道、鱼道等专门建筑物。

有坝引水枢纽的优点是引水保证率高，而且不受引水率限制。缺点是工程量大、造价高，且破坏了天然河道的自然状态，改变了水流、泥沙运动的规律，尤其是在多泥沙河流上，会引起渠首附近上下游河道的变形，影响渠首的正常运行。

2.无坝式引水渠首

无坝取水渠首不设拦河闸或壅水坝，从天然河道中直接引水的取水枢纽。无坝取水一般适用于河流水量丰富、引水比（引水流量与河流流量之比）不大、水位及河势能满足或基本满足引水要求的情况。无坝取水工程简单，投资少，对天然河道的影响较小，与其他国民经济部门（航运、渔业、漂木等）的要求之间的矛盾小，在水利建设中得到广泛应用。

无坝引水枢纽的优点是工程简单、投资少、施工容易、工期短及收效快，而且不影响航运、发电及渔业，对河床演变影响小。其缺点是受河道的水位变化影响大，枯水期引水保证率低；在多泥沙河流上引水时，还会引入大量的泥沙，使渠道发生淤积现象，影响渠道正常工作；当河床变迁时，一旦主流脱离引水口，就会导致引水不畅，甚至引水口被泥沙淤塞而报废；当从河流侧面引水时，由于水流转弯，产生强烈的横向环流，以致引水口的上唇受到泥沙淤积，而下唇则受到水流冲刷。

三、进水闸的布置

1. 进水闸的布置规则

当从河道采用无坝引水时，关键在于选好进水闸的闸址。通常应选在河岸稳定、河流弯道凹岸的顶点偏下处，充分利用弯道环流作用，达到取水防沙目的。主河槽必须稳定地靠近河岸，防止引水口脱离主河槽。进水闸的平面布置有正面取水和侧面取水两种形式。正面取水布置时，进水闸进流方向和流道水流方向一致，有利于引水，不利于施工；侧面取水布置时，进水闸轴线和河道轴线正交或锐角相交，交角大小应视引水比、泥沙来量和颗粒组成而定，当引水比和泥沙来量均较小，颗粒组成较细时，引水角可以大些。在多沙河流上引水角不宜超过45°。为防止推移质泥沙进入渠道，在满足引水量要求的前提下，进水闸底槛尽可能高些，一般高出天然河底1~2m。有坝取水时，进水闸的平面布置有正面取水、侧面排沙和侧面取水、正面排沙两种布置形式，前者多建于宽浅式多沙河流人工整治段上，后者则用于稳定河段。这两种布置，进水闸都应与冲沙设施的布置紧密配合，防止推移质泥沙入渠。

2.进水闸的总体布置规则

渠首进水闸由进口连接段、闸室和出口连接段组成。进口连接段包括进口护底和连接上游的岸墙、翼墙及护坡；闸室包括底板、闸墩、闸门、胸墙等部分；出口连接段由护坦、防冲槽、岸墙、翼墙及护坡组成，使出闸水流平顺均匀地扩散，并消杀水能。进水闸的总体布置应做到结构简单、布置合理、运用方便、安

全可靠、注意美观。

3.进水闸闸底板高程的选定

底板高程与水闸承担的任务、泄流或引水流量、上下游水位及河床地质条件等因素有关。闸底板应置于较为坚实的土层上，并应尽量利用天然地基。在地基强度能够满足要求的条件下，底板高程定得高些，闸室宽度大，两岸连接建筑物相对较低。对于小型水闸，由于两岸建筑物在整个工程中所占比重较大，因而适当降低底板高程，常常是有利的。当然，底板高程也不能定的太低，否则，由于单宽流量加大，将会增加下游消能防冲的工程量，闸门增高，启闭设备的容量也随之增大。另外，基坑开挖也较困难。

在满足地基强度的条件下，闸底板高程定的低，闸前水深和过闸单宽流量定的高时，可以使闸孔总宽度缩小，但闸高度的增加，会使过深开挖导致增加土方量和施工排水的困难度。相反，如果闸底高程定的高，闸的高度可以减小，但闸孔的总宽度将要加大。对于中小型水闸，当过闸流量和闸宽均较小时，两岸连接建筑物在整个水闸工程量中所占的比重较大，如果将闸底板高程定得高些，虽然闸室宽度增加了，但闸室和两岸连接建筑物的高度却减小了，总的工程量相应减少。大型水闸如果地质条件许可时，将闸底板高程定得低一些，可缩小闸身总的宽度，对减少工程量也是有利的。

闸底板顺水流方向长度取决于闸室稳定和上部结构( 如闸门、工作桥、交通桥等) 的布置要求，初步拟定时可根据地基条件参考下表中经验数据。（表中H 为闸上下游最大水位差）

结语

在渠首工程中进水闸是必要的结构，是一种低水头建筑物，主要用于水位的控制，当关闭进水闸上游的水位便会被抬高，主要用引水灌溉。当开启闸门则能够对下游的水量进行调节，主要用作排涝泄洪，并通过开闸的巨大水量进行冲沙。进水闸的设置位置一般设在河流湖泊以及水库渠道中。

参考文献：

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[5]李锡龄等．新疆引水渠首．乌鲁木齐：新疆人民出版社．1993

[6]李山 卫树藩 严晓达 郭平 新疆弯道式渠首引水防沙技术研究 ：中国水利 2003-4B刊

[7]严晓达等. 低水头引水防沙枢纽 [M]. 水利电力出版社,1990