阿合布隆渠首引水防沙系統(tǒng)的設(shè)計

阿合布隆渠首引水防沙系統(tǒng)的設(shè)計

    摘要:阿合布隆渠首是渭干河最大源流——木扎提河上游第一座攔河式引水渠首,設(shè)計引水流量40m3/s,設(shè)計泄洪流量665m3/s,控制灌溉面積35.7萬畝。是一座費爾干式和彎道沖沙槽式相結(jié)合的渠首,該種布置形式在新疆尚屬首次。該渠首工程已于1999年3月投入生產(chǎn),運行狀況達到設(shè)計標準,社會經(jīng)濟效益均十分明顯。經(jīng)過運行證明,該工程的設(shè)計是成功的,可為后續(xù)類似工程借鑒。
    關(guān)鍵詞:引水渠首 防沙系統(tǒng) 設(shè)計
    一、概況
    阿合布隆渠首位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)木扎提河的出山口處,1995年由世行貸款投資興建。
    該渠首是木扎提河灌區(qū)開發(fā)治理的龍頭工程,主要解決阿克蘇地區(qū)溫宿縣、拜城縣分布在木扎提河南北兩岸共計35.7萬畝的灌溉引水問題。
    該工程具備泄洪、排沙、引水功能,主要由泄洪閘、沖砂閘、曲線沖砂槽、進水閘及上游曲線整治段和下游整治段構(gòu)成。
    該渠首工程主要利用上游曲線彎道和曲線型沖砂槽的橫向環(huán)流作用引清排沙。1995年11月,該工程的初步設(shè)計成果在新疆水利水電科學(xué)研究院水工模型試驗中得到驗證,1996年5月開工,1998年9月通水,1999年3月正式運行。
    二、引水渠首河段水文泥沙特性
    木扎提河發(fā)源于新疆天山南坡,渠首附近設(shè)有水文站(即破城子站)一座。該水文站以上河流全長198.8km,集水面積2845km2,其中冰川面積1219.6km2,徑流主要來源于冰川積雪消融水為主,降雨、地下水補給次之。每年7~8月常發(fā)生融冰雪和暴雨疊加形成的混合型洪水,陡漲陡落,峰高量大,破壞性較大。
    據(jù)破城子水文站實測資料,多年平均徑流量14.6億m3,歷年最大徑流量17.94億m3,歷年最小徑流量11.48億m3,徑流年際變化平穩(wěn),年內(nèi)分配極不平衡,6~8月三個月徑流量占全年徑流量的70%,見表1。
    洪水集中、河床坡陡、流急、推移質(zhì)泥沙粒徑粗、量大是木扎提河的特點。據(jù)破城子水文站實測,平均含沙量2.86kg/m3,實測最大含沙量38.1kg/m3,見表3。年均輸沙量402萬t,最大年輸沙量529萬t,最小年輸沙量250萬t。漂石粒徑一般在400mm左右,河床卵石以100~200mm為主,漂石、卵石含量大于80%。經(jīng)地勘分析,該河段河床D50=9.2mm。
    表1 木扎提河破城子水文站多年平均月流量表
    月份
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    合計
    徑流(億m3)
    0.21
    0.17
    0.18
    0.27
    0.95
    2.33
    4.12
    3.77
    1.56
    0.53
    0.29
    0.23
    14.6
    表2 木扎提河洪水頻率成果表
    P(%)
    0.2
    1
    2
    5
    10
    20
    50
    70
    80
    90
    95
    99
    Qp(m3/s)
    958
    752
    665
    552
    469
    390
    296
    269
    262
    254
    252
    252
    備 注
    校核
    設(shè)計
    造床
    表3 木扎提河破城子水文站月含沙量表
    月份
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    年平均含沙量
    含沙量(kg/m3)
    0.027
    0.017
    0.033
    0.038
    1.29
    2.84
    4.24
    3.68
    0.72
    0.15
    0.027
    0.015
    2.86
    三、工程布置和引水防沙系統(tǒng)設(shè)計
    一)、設(shè)計總體布置原則
    1、保證灌區(qū)的正常用水,在枯水期木扎提河流量小于40 m3/s,將被全部引入總干渠。
    2、泄洪建筑物能通暢排泄洪水、泥沙、漂浮物。
    3、木扎提河為高沙河流,渠首的布置和設(shè)計應(yīng)充分考慮防止泥沙入渠,并采取措施將進入渠道的少量推移質(zhì)排出渠外。
    二)、工程布置
    渠首閘址選在木扎提河出山口上距破城子水文站5km處,該處有一天然河彎,河道主流穩(wěn)定于右岸(凹岸),彎道水流明顯,具備布置人工彎道的條件。該工程為右岸單側(cè)引水。
    渠首工程由以下建筑物組成,見圖一。
    1、泄洪閘:共3孔,單孔凈寬8m,設(shè)計泄洪流量QP=2%=585m3/s,校核洪水QP=0.2%=758m3/s,由弧形鋼閘門控制。
    2、排沙閘:與泄洪閘呈一字型布置,共2孔,單孔凈寬5.5m,設(shè)計泄流流量QP=2%=196m3/s, QP=0.2%=287m3/s,由平板鋼閘門控制。
    3、進水閘:與沖沙閘呈45°角布置。進水閘共3孔,單孔凈寬5m,設(shè)計引水流量Q設(shè)計=40m3/s,Q加大=45m3/s,由平面板鋼門控制。進水閘設(shè)有一道長30m的懸板式“┓”型擋沙坎。
    4、上游整治段(即人工彎道):整治段呈曲線型布置,曲率半徑200m,整治段長224.5m,底寬39m。設(shè)計洪水QP=2%=665m3/s,校核洪水QP=0.2%=958m3/s,設(shè)計造床流量QP=80%=662m3/s。
    5、沖沙槽:位于上游整治段內(nèi)與沖沙閘相連,共分兩道,單道凈寬5.5m,總長60m,槽內(nèi)設(shè)有一道長30m的束水墻。
    6、下游整治段:呈直線布置,底寬39m,全長115m。為防止河床下切過甚而影響建筑物安全,在下游整治段底部內(nèi)呈有三道防沖深隔墻。
    三)、引水防沙系統(tǒng)工程的設(shè)計
    (一)引清排沙機理
    利用上游引水彎道中水流運動離心力作用產(chǎn)生的橫向環(huán)流的原理,將彎道內(nèi)水流底層大量的推移質(zhì)挑向左岸(凸岸),通過泄洪閘將推移質(zhì)排至下游。同時,因環(huán)流作用使含少量推移質(zhì)的水流挑向右岸(凹岸),由設(shè)在凹岸末端的彎道式?jīng)_沙槽進行第二次處理。進入沖沙槽的水流進行第二次橫向環(huán)流作用,盡可能使推移質(zhì)偏離進水閘的引水口。進入沖沙槽的推移質(zhì)由沖沙閘排至下游,基本達到引清排沙的目的。
    (二)基礎(chǔ)參數(shù)的確定
    1、造床流量
    根據(jù)新疆

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