冊亨縣無壩渠首改建應(yīng)重視的幾個(gè)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(chǎn)生的影響,分析了無壩取水改建為有壩取水應(yīng)考慮的幾個(gè)問題,以為無壩渠道改建提供。
　　關(guān)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(dāng)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(shè)有進(jìn)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(yùn)用影響極大。由于這些特點(diǎn),在規(guī)劃設(shè)計(jì)無壩取水口時(shí),要符合下列要求:①河道主流經(jīng)�？拷�取水口;②在灌溉期內(nèi),取水口前須維持必要的水位,以保證引進(jìn)設(shè)計(jì)流量;③防止推移泥沙進(jìn)入渠道。對含沙量較大的河流,還應(yīng)盡可能控制進(jìn)入河道的懸移質(zhì)含沙量[1]。
　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)無壩取水口的位置,最好選擇在彎道凹岸頂點(diǎn)的下游、離彎道起點(diǎn)距離為河寬的4~5倍的地方。實(shí)現(xiàn)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(dāng)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(yōu)選的目標(biāo)。在選擇河段及壩軸線時(shí),考慮重點(diǎn)集中在壩區(qū)地質(zhì)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(rèn)識不充分,致使工程運(yùn)行若干年后,進(jìn)水口的主流道堵塞、淤死。此外,樞紐布置不合理、設(shè)計(jì)及運(yùn)用不當(dāng)?shù)榷伎赡軒�來一些難以處理或補(bǔ)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(guī)劃;合理進(jìn)行建筑物布置,并輔以必要的河床整治;在管理運(yùn)用中,全面考慮,合理調(diào)水調(diào)沙,可以取得良好的改建效果。
　　2有壩取水對河道的影響
　　當(dāng)設(shè)計(jì)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(zhì)量難以保證,以及在無壩引水口設(shè)置之后引水口附近及上下游一定距離內(nèi)的河道發(fā)生變化影響引水時(shí),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(jìn)水閘、沖沙閘、雍水壩或攔河閘等組成,為了降低樞紐造價(jià),攔河建筑工物常采用雍水壩。雍水壩抬高了上游水位,相應(yīng)增大了過水?dāng)嗝�。由于雍水區(qū)內(nèi)流速減小,河道泥沙大部分淤積在雍水區(qū)上游部位,隨著淤積地形加高,過水?dāng)嗝鏈p小,流速增大,上游不沙淤積不斷向過水?dāng)嗝娲蟮姆较蜓由?直到雍水區(qū)內(nèi)淤積體與壩頂齊平,才改變原河床的輸沙狀態(tài)。建造雍水壩后,將產(chǎn)生以下影響[3]。
　　2.1彎道環(huán)流作用減弱
　　取水口的位置多選擇在彎道凹岸點(diǎn)下游,該處環(huán)流量強(qiáng),不但水流比較集中,水深較大,且環(huán)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,壩上游的河寬通常總是要增加的。根據(jù)水力學(xué)理論,彎道環(huán)流的強(qiáng)度與水流的縱向流速的平方成正比,縱向流速越大,彎道環(huán)流的強(qiáng)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(huán)流強(qiáng)度,對引水防沙不利。故對有壩渠首而言,只利用彎道環(huán)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(gè)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(yīng)用影響極大,它關(guān)系到河道主流是否能夠經(jīng)�？拷�取水口,無壩取水一般引水流量較小,在引水的同時(shí)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(yīng)該結(jié)合彎道的地形,并經(jīng)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(jù)引水要求確定取水口的具體地點(diǎn)。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(yùn)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(tài),使水沙條件和河床形態(tài)重新調(diào)整。修建有壩取水樞紐后,河的寬度增大,邊界條件發(fā)生新的變化,出現(xiàn)了回流區(qū)及小流速區(qū),在這些區(qū)內(nèi)泥沙大量落淤,形成邊灘,如果不采取措施,邊灘逐漸、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(yīng)考慮的問題
　　無壩取水改建為有壩樞紐后,壩區(qū)泥沙淤積往往造成許多嚴(yán)重后果。因此,在規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理運(yùn)用中,應(yīng)重點(diǎn)理好泥沙問題,此外,為保證工程正常運(yùn)用,對其他幾個(gè)問題也應(yīng)予以重視。

　　3.1壩區(qū)的河勢控制
　　壩區(qū)的河勢穩(wěn)定是取水工程成敗的關(guān)鍵。壩區(qū)河勢應(yīng)比較穩(wěn)定,主流位置在各級流量及中淤過程中,不應(yīng)該有大的變化。這種穩(wěn)定狀態(tài)或者是建壩后發(fā)展的必然結(jié)果,或者是采取河床整治措施之后的人為產(chǎn)物。只要條件許可,應(yīng)盡可能使壩區(qū)河勢接近原自然河勢。河道過寬則主流不穩(wěn)定,對取水不利,枯水期流量愈小愈嚴(yán)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(yīng)使河流有可能在適宜地點(diǎn)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(cè)。
　　3.2樞紐布置原則
　　設(shè)在彎道上的有壩取水樞紐,盡管雍水壩抬高了水位,相應(yīng)減小了彎道的環(huán)流作用,但并沒有完全破壞彎道環(huán)流的水流結(jié)構(gòu),這種水流結(jié)構(gòu)和與之相應(yīng)的泥沙運(yùn)動決定了在彎段的外側(cè)(凹岸)會出現(xiàn)深槽,而在其內(nèi)側(cè)(凸岸)則出現(xiàn)邊灘和心灘。彎曲水流的這種水流泥沙運(yùn)動特點(diǎn)是選擇河段及樞紐布置時(shí)須考慮的重要因素。當(dāng)壩上游整個(gè)河段具有彎曲外形時(shí),取水建筑物布置在彎道的凹岸一側(cè)。緊靠取水建筑物外,設(shè)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(jìn)水閘孔口設(shè)計(jì)
　　進(jìn)水閘孔口設(shè)計(jì)條件是在正常擋水位情況下能引進(jìn)灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)流量。有壩樞紐的雍水作用,對主流方向產(chǎn)生一定的影響,因此在進(jìn)水閘孔口尺寸設(shè)計(jì)時(shí)須考慮這種因素的影響,否則達(dá)不到設(shè)計(jì)流量要求。在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對工程措施調(diào)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(jìn)水閘,在確定孔口尺寸時(shí),應(yīng)留出較大的富裕度,并設(shè)置防磨耐蝕的護(hù)面。
　　3.4消能設(shè)施設(shè)計(jì)
　　閘壩下游消能防沖不充分而導(dǎo)致建筑物損壞的實(shí)例屢見不鮮。主要由于樞紐運(yùn)用初期,來水中的泥沙淤在雍水區(qū),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(shè)施的尺寸一般按建壩前天然河道水位流量關(guān)系設(shè)計(jì),故在運(yùn)用初期會出現(xiàn)消能設(shè)施尺寸偏小,消能作用不充分的現(xiàn)象,在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以重視,以保證閘、壩的安全。
　　3.5正確處理引水沖沙的關(guān)系
　　取水樞紐在灌溉臨界期運(yùn)行中,引水和沖沙常存在著矛盾。特別是干旱地區(qū),用水緊張,總希望多引水而少棄水。但當(dāng)?shù)赜偕趁嫔仙�到允許的高程時(shí),必須及時(shí)放水沖沙,以免泥沙淤堵,造成不良影響。豐水期,洪水挾帶大量的泥沙,對上游河道沖淤變化的作用最大,因此要保持壩上游一條相對穩(wěn)定的主槽,不致被泥沙淤堵,沖沙閘需有足夠的泄流能力及較低的底板高程作為保證。管理運(yùn)用中,在保證引水流量的同時(shí),應(yīng)盡可能降低水位進(jìn)行沖沙,控制泥沙不在主流道落淤,不應(yīng)為減少引水含沙量而盲目抬高水位,雍水沉沙,將泥沙淤積在壩上游�？菟�期,來水和用水存在矛盾,特別是干旱地區(qū)更為突出。不少灌區(qū)為了滿足當(dāng)時(shí)需要,只強(qiáng)調(diào)引水,忽視了沖沙、排沙。由于枯水期流量較小,在正常擋水位情況下,主流道的流速達(dá)到最小值,盡管枯水期含沙量及泥沙粒徑都較小,但仍有相當(dāng)一部分泥沙淤積在主河道內(nèi),這就造成有些有壩取水口在高含沙水流時(shí)能保持主流暢通,而在低含沙量水流情況下反而出現(xiàn)主流擺動。因此,處理好引水與沖沙的關(guān)系是不能忽視的問題。
　　4
　　[1] 砟堂.無壩渠首改建中幾個(gè)問題的探討[J].農(nóng)田水利與小水電,1993(3):29-33,35.
　　[2] 庫永慧,馬海燕,劉艷霞.肅北縣拉排三通級水電站無壩渠首設(shè)計(jì)[J].甘肅農(nóng)業(yè),2005(3):94.
　　[3] 郭勝,馬玲.有壩渠首工程的合理布置[J].水科科技與,2004.
　　[4] 曾賽星,鐘世華.有壩渠首河灘地穩(wěn)定性分析[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)與綜合研究,1996,12(1):49-50.
　　[5] 郭月生,馬玲.有壩渠道工程的合理布置[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2004,10(1):25.

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