底栏栅式引水渠首应用效果分析

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院， 新疆 库尔勒 841000)

底栏栅式引水渠首应用效果分析

熊夏澜

(新疆巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院， 新疆 库尔勒 841000)

底栏栅式引水渠首具有结构简单、施工方便的特点。采用这种渠首形式，能够降低水流的含沙量，有效解决下游渠道泥沙淤积的问题。本文对且末县塔什萨依河引水枢纽工程中底栏栅式渠首的设计和应用进行了研究，对其优、缺点进行了分析，对类似工程有一定参考价值。

底栏栅式渠首； 应用； 效果； 消能方式

牧区水利工程是改善新疆自治区牧民生产生活条件、促进牧民增收的关键性工程。塔什萨依河引水枢纽及干渠的建设，将塔什萨依河流域的开发建设变为现实，为牧民定居奠定了基础。本文以塔什萨依河引水枢纽工程中底栏栅引水渠首为例，具体探讨底栏栅渠首设计与应用效果。

1 工程概况

塔什萨依河引水枢纽工程位于塔什萨依河出山口以下11km、下切河床与扩散河床交接处，地理位置位于东经87°01′24″、北纬38°19′32″处。该工程为Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物为3级，次要建筑物和临时建筑物为4级。枢纽工程的建设，将满足下游灌区的灌溉引水要求，提高灌区引水保证率，为且末县饲草料地的灌溉提供保证。通过枢纽位置的确定和方案比选，确定枢纽建在出山口11km处，采用底栏栅式渠首。

2 底栏栅底渠道特点

采用底栏栅式引水渠首是防止泥沙进入引水渠道的一种有效措施。与其他引水渠首相比，其布置容易、结构简单、施工方便、工程造价低、易于运用管理。目前，底栏栅式引水渠首已发展到第三代。第一代底栏栅式引水渠首较为简单，底栏栅堰跨越全河宽布置，河流挟带的细颗粒泥沙大部分或全部穿过栅条间隙进入廊道，大漂石滚砸易破坏栅条，导致廊道被泥沙淤满而无法引水，最终只好改建；第二代底栏栅式引水渠首采用的是潜坝和底栏栅相结合的型式，即在河道的主河槽部位将底栏栅由潜坝替代；第三代底栏栅式引水渠首采用的是溢流坝、底栏栅和冲沙闸相结合的型式，是对前几次的总结和改进。该工程设计采用第三代底栏栅式引水渠首，主体结构型式：廊道进水闸—底栏栅—泄洪冲沙闸—溢流堰式引水枢纽。

3 主要建筑物

通过枢纽位置的确定和方案比选，确定了枢纽建在出山口11km处，采用底栏栅式渠首。工程从左到右分别布置有栏栅堰30m、泄洪冲砂闸15m、溢流堰35m，廊道末端设廊道进水闸，进水闸前设导沙坎，枢纽下游设防冲深隔墙。进水闸后接220m长连接渠道。

3.1 栏栅堰

栏栅堰布置在河道左岸，轴线与水流方向正交。在栏栅堰内设两道引水廊道，为防止细颗粒泥沙进入廊道，廊道顶高程较河床高1.4m。两廊道宽度均为1.5m，长30m，廊道栏栅堰顶栅条为i=0.1坡度布置，采用整体式两道廊道，廊道为C25混凝土结构。廊道栅条采用上宽下窄的梯形铸钢，栅条间隙取1.0cm，钢条高50mm。栏栅堰上游设混凝土防渗铺盖，下游设混凝土10m长护坦，护坦后接7m长深隔墙防冲槽，深隔墙深6m。

3.2 泄洪冲砂闸

泄洪冲砂闸布置在河道中间靠近主河槽处，轴线与水流方向正交，底板高程为1401.70m。泄洪冲砂闸为3孔，闸孔尺寸为5.0m×2.5m，采用弧形钢闸门；闸室采用整体式，闸室长10m，上下游均设3m深齿墙；上游设混凝土防渗铺盖长10m，下游设混凝土护坦长9m，护坦后接7m长深隔墙防冲槽，深隔墙深6m；闸墩采用C25钢筋混凝土，高度为6m，厚度为1m；闸底板采用C25钢筋混凝土，厚度为1m。闸底板表面0.30m采用C60硅粉混凝土浇筑，闸墩下部1m范围内全部采用C60硅粉混凝土；冲砂闸和栏栅堰、溢流堰之间均设导沙坎。

3.3 溢流堰

溢流堰为宽顶堰，长度为35m，根据过洪计算，溢流堰高2m，堰顶高程为1404.20m，堰顶水平段宽3.0m，斜坡段宽5.7m。外部为C60硅粉混凝土浇筑层，厚0.5m，内为浆砌石结构；上游设混凝土防渗铺盖长10m，下游设混凝土护坦长10m，护坦后接7m长深隔墙防冲槽，深隔墙深6m。

3.4 渠道进水闸

渠道进水闸位于枢纽左岸引水廊道末端，共两孔，闸底高程为1399.6m，闸孔宽度与廊道宽度相同，为1.5m，闸室采用C25混凝土整体浇筑。渠道进水闸门采用成品铸铁闸门，尺寸为1.5m×2.6m。渠道进水闸后为引水干渠与枢纽的连接渠道。

3.5 导沙坎

栏栅堰前及冲砂闸和溢流堰之间设置导沙坎，将河道大粒径泥沙导向泄洪冲砂闸，坎断面设计成截墙式，坎后为一水平平台，坎高出河床1.4m。

3.6 上下游导流堤

为防止在枢纽建成后上下游边坡坍塌而破坏枢纽及改变河道，在枢纽上下游布置导流堤工程总长324m，其中左岸上游91m、下游71m，右岸上游91m、下游71m；导流堤采用C20混凝土一坡到底结构形式，导流堤基础深度为3m。导流堤端头均伸入两岸基岩内5～15m。

3.7 下游消能防冲

根据该枢纽的工程地质情况和已建类似工程的经验，枢纽下游设隔墙后接防冲槽，防冲刷效果显著，隔墙深6m，隔墙采用C25混凝土，防冲槽长7m，防冲槽底先铺1m厚格宾石笼，上面回填3m厚抛石。

3.8 连接渠道

枢纽廊道末端引水干渠进水闸后接220m长的大开挖渠道。渠道纵坡1/537，衬砌形式为100mm厚C20现浇混凝土板，渠深1.8m，底宽2m，边坡1∶1.5。

3.9 工作桥

工作桥只在冲砂闸上设置。采用T形梁桥，跨度为6m，共3跨，梁高0.6m，C25钢筋混凝土结构。

4 廊道长度计算

该枢纽由引水廊道、冲砂闸和溢流堰组成，必须先计算出满足引水流量的廊道长度，再由此计算冲砂闸的宽度及溢流堰的宽度和高度，以满足过洪要求。为使进入底栏栅引水廊道的泥沙较少，需抬高栏栅堰顶高程，使栏栅堰上游形成一定的沉沙库容，并可使冲砂闸具有一定的冲砂水头。根据经验，取栏栅堰顶高程抬高1.40m，即栏栅堰前导沙坎的高程为1403.10m。计算公式如下(公式(1)为顺水流第一条廊道的计算公式，公式(2)为第二条廊道的计算公式)：

(1)

(2)

由计算可知，栅条间隙取1.0cm，宽度取1.5m，则2道底栏栅所需长度为30m，可满足加大引水流量 10m3/s的要求，廊道首端高程为1402.26m，末端接引水渠的高程为1399.6m。根据计算，廊道底坡需高5个坡度，为方便施工，廊道底坡设3个坡。

5 应用效果分析

塔勒克河属山溪性河流，河道纵坡陡，流速大。已建工程实践证明：常规的平面型底流消能方式，如：消力池、消力槛、消力墩等，不能解决防冲与防淤的矛盾。由于推移质泥沙量多、流速高，对消能工程破坏极大，而且由于下泄水流动能削减过大，可能造成泥沙严重淤积，因此，下游消能不宜采用这些消能措施。

该工程结合闸址处工程地质条件，采用溢流坝、底栏栅和冲沙闸相结合的第三代底栏栅式引水渠首，可有效防止泥沙进入引水渠道，解决了引水、冲砂、过洪等问题；闸室底板采用C40硅粉混凝土，有效解决了闸室磨损问题；闸后及堰后采用防冲隔墙接基础基岩，有效解决了枢纽下游消能防冲问题。

6 结 语

底栏栅的优点是可防止大颗粒泥沙进入渠道，管理容易，投资较水闸方案少。缺点是引水靠栏栅栅条进水来保证，一旦栅条被堵将会影响渠道引水流量，引水保证率比水闸方案要低，另外，如果河道的纵坡发生了改变，也容易引起河道的冲淤变化。

[1] 杨泉，李东林.底栏栅式引水枢纽中排砂漏斗合理运用的探讨[J].广东水利水电，2010(12)：12-13.

[2] 卢朝霞，李立军，曹健.底栏栅式引水枢纽在三工河上的应用[J].水利与建筑工程学报，2006，4(3)：72-73.

[3] 闫俊平，范建伟，底栏栅式渠道在多泥沙山溪性河流中的应用[J].内蒙古水利，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