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探討冊亨縣無壩渠首改建應重視的幾個問題
摘要：闡述了冊亨縣灌溉工程無壩取水概況以及有壩取水對河道產生的影響,分析了無壩取水改建為有壩取水應考慮的幾個問題,以為無壩渠道改建提供參考。
關鍵詞：無壩渠首;無壩取水;有壩取水;改建;貴州冊亨
1概述
冊亨縣早期修建的灌溉工程,其取水口多為無壩渠首,即在河岸適當位置開挖取水口,而不攔河筑壩(建閘)雍高水位。一般在取水口設有進水閘以控制入渠流量。無壩取水由于工程簡單、投資省錢,收效快而得到廣泛采用。但是這種取水工程受河道中水流要素變化的影響較大,在水量及水位有充分保證的河道上才可采用。否則,取水保證率較低。另外,這種取水口附近河段的河床演變對這種取水口的正常運用影響極大。由于這些特點,在規劃設計無壩取水口時,要符合下列要求:①河道主流經常靠近取水口;②在灌溉期內,取水口前須維持必要的水位,以保證引進設計流量;③防止推移泥沙進入渠道。對含沙量較大的河流,還應盡可能控制進入河道的懸移質含沙量[1]。
根據經驗無壩取水口的位置,最好選擇在彎道凹岸頂點的下游、離彎道起點距離為河寬的4~5倍的地方。實現正面取水或者在河床全有巖石出露的地方取水。但是,隨著河床的不斷降低,有些無壩取水口也取不到水,不能滿足用水要求,其中相當一部分無壩取水口已改建或待改建為有壩取水口。以往在一些改建工程中常以工程量大小以及施工難易作為方案優選的目標。在選擇河段及壩軸線時,考慮重點集中在壩區地質條件、建筑物布置條件和施工條件較好的位置,而對河勢則不夠重視,甚至不予考慮[2]。由于對有壩渠首抬高上游水位,改變原有的河道的水流輸沙條件,引起河道變化認識不充分,致使工程運行若干年后,進水口的主流道堵塞、淤死。此外,樞紐布置不合理、設計及運用不當等都可能帶來一些難以處理或補救的問題。為了滿足工程要求,對不同的河段可以作出不同的河勢規劃;合理進行建筑物布置,并輔以必要的河床整治;在管理運用中,全面考慮,合理調水調沙,可以取得良好的改建效果。
2有壩取水對河道的影響
當設計引水量加大后,河流中的水位不能滿足無壩自流引水要求;可灌溉臨界期引水比較大,引水質量難以保證,以及在無壩引水口設置之后引水口附近及上下游一定距離內的河道發生變化影響引水時,需將無壩渠首改建為有壩渠首,即修建攔河雍水壩(閘)等控制建筑雍高水位,以保證引水需要。有壩渠首一般由進水閘、沖沙閘、雍水壩或攔河閘等組成,為了降低樞紐造價,攔河建筑工物常采用雍水壩。雍水壩抬高了上游水位,相應增大了過水斷面。由于雍水區內流速減小,河道泥沙大部分淤積在雍水區上游部位,隨著淤積地形加高,過水斷面減小,流速增大,上游不沙淤積不斷向過水斷面大的方向延伸,直到雍水區內淤積體與壩頂齊平,才改變原河床的輸沙狀態。建造雍水壩后,將產生以下影響[3]。
2.1彎道環流作用減弱
取水口的位置多選擇在彎道凹岸點下游,該處環流量強,不但水流比較集中,水深較大,且環流作用下,含沙量較低的表層水流流向凹岸,含沙量較高的底流則流向凸岸。取水口選在凹岸不但可以保證引水流量,而且還可以減少入渠泥沙。建壩后,由于雍水影響,壩上游的河寬通�？偸且黾拥摹８鶕W理論,彎道環流的強度與水流的縱向流速的平方成正比,縱向流速越大,彎道環流的強度也就越大。由于壩的雍水作用,上游水流流速減小,因而減小了環流強度,對引水防沙不利。故對有壩渠首而言,只利用彎道環流取水防沙是不夠的。
2.2主流線偏離引水口
無壩取水的一個基本要求是保證引水流量。取水口附近河段的演變對取水口的正常應用影響極大,它關系到河道主流是否能夠經�？拷∷�,無壩取水一般引水流量較小,在引水的同時引走一部分泥沙,所以對原河道的影響不大。取水口位置選擇應該結合彎道的地形,并經河道演變資料分析,確定出洪、中、枯不同情況下的主流頂中范圍,然后根據引水要求確定取水口的具體地點。在這種情況下,可以保證主流靠引水口。天然河道主流中,枯水期基本上沿主槽運動,而建立壩后完全改變了上游的水流特性,破壞了天然河道水流條件與河床輸沙的相對平衡狀態,使水沙條件和河床形態重新調整。修建有壩取水樞紐后,河的寬度增大,邊界條件發生新的變化,出現了回流區及小流速區,在這些區內泥沙大量落淤,形成邊灘,如果不采取措施,邊灘逐漸發展、狀大,最后會堵塞、淤積主河道,致使主流偏離引水口[4]。
3無壩取水改建為有壩取水應考慮的問題
無壩取水改建為有壩樞紐后,壩區泥沙淤積往往造成許多嚴重后果。因此,在規劃設計和管理運用中,應重點理好泥沙問題,此外,為保證工程正常運用,對其他幾個問題也應予以重視。
3.1壩區的河勢控制
壩區的河勢穩定是取水工程成敗的關鍵。壩區河勢應比較穩定,主流位置在各級流量及中淤發展過程中,不應該有大的變化。這種穩定狀態或者是建壩后自然發展的必然結果,或者是采取河床整治措施之后的人為產物。只要條件許可,應盡可能使壩區河勢接近原自然河勢。河道過寬則主流不穩定,對取水不利,枯水期流量愈小愈嚴重,將無壩渠首改為有壩渠首,壩上游的河寬必然要增加,為了避免河身過寬帶來的水流不集中的危害,在河段的平面控制及樞紐布置上,應使河流有可能在適宜地點淤出較大的邊灘或心灘,迫使水流在枯水期集中在利于取水的一側。
3.2樞紐布置原則
設在彎道上的有壩取水樞紐,盡管雍水壩抬高了水位,相應減小了彎道的環流作用,但并沒有完全破壞彎道環流的水流結構,這種水流結構和與之相應的泥沙運動決定了在彎段的外側(凹岸)會出現深槽,而在其內側(凸岸)則出現邊灘和心灘。彎曲水流的這種水流泥沙運動特點是選擇河段及樞紐布置時須考慮的重要因素。當壩上游整個河段具有彎曲外形時,取水建筑物布置在彎道的凹岸一側。緊靠取水建筑物外,設置有足夠泄量且底板較低的沖沙閘,有利于吸引主流靠近取水建筑物,避免主流道及閘前堵塞。
3.3進水閘孔口設計
進水閘孔口設計條件是在正常擋水位情況下能引進灌區規劃設計流量。有壩樞紐的雍水作用,對主流方向產生一定的影響,因此在進水閘孔口尺寸設計時須考慮這種因素的影響,否則達不到設計流量要求。在設計時,應對工程措施調整方向,使水流正面入閘,以保證入流及建筑物安全。對不能完全保證正面入流的進水閘,在確定孔口尺寸時,應留出較大的富裕度,并設置防磨耐蝕的護面。
3.4消能設施設計
閘壩下游消能防沖不充分而導致建筑物損壞的實例屢見不鮮。主要由于樞紐運用初期,來水中的泥沙淤在雍水區,下泄清水的沖刷能力大于天然河道的抗沖能力,加劇了對下游河床的沿程沖刷,使下游水位低于建壩前同樣流量下的水位。而消能設施的尺寸一般按建壩前天然河道水位流量關系設計,故在運用初期會出現消能設施尺寸偏小,消能作用不充分的現象,在設計中應予以重視,以保證閘、壩的安全。
3.5正確處理引水沖沙的關系
取水樞紐在灌溉臨界期運行中,引水和沖沙常存在著矛盾。特別是干旱地區,用水緊張,總希望多引水而少
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