渠首文献综述.doc

渠首布置形式的选择 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、沉沙槽式渠首、弯道式渠首、底栏栅式渠首、 底部冲沙廊道式进行初步分析，确定不同条件下的应因选取的渠首形式关键词： 无坝式、沉沙槽式、弯道式、底栏栅式、底部冲沙廊道式 前言：渠首工程的作用是把河流或水库中的水引入渠道，以满足农业灌溉、水力发电、工业及生活用水等水利事业的需要；并要求防止粗颗粒泥沙进去渠道，以免引起渠道的淤积和对水轮机或水泵叶片的磨损，保证渠道及水电站的正常运行为了达到此目的，常在渠道首部的河段附近修建几种建筑物的综合体，这种建筑物的综合体称为渠首工程渠首工程根据河道水位和流量变化情况，渠首工程的类型主要分为四大类无坝渠首、有坝渠首、水库取水、提水渠首以上四种渠首工程中，无坝渠首和有坝渠首一般又称为取水枢纽工程，他们与水库取水的主要区别在于不能或仅能在很小的程度上起调节河道流量的作用，对比提水渠首不是利用外力产生低水高用的效果，而是直接利用河道水体自流或在一定范围内雍高水位使水体产生自流达到引水目的。

以下对无坝式渠首和有坝式渠首取水枢纽工程进行分析正文：首先无论无坝式还是有坝式渠首渠首位置的确定都是极为重要的环节，渠首的位置直接影响到引水口的正常工作在选择时应充分掌握地形、地质、洪水特性、含沙量及河床演变规律等情况，并考虑以下几个问题引水口高程应满足自流灌溉的要求，并符合渠道输水输沙条件引水口应选择在河床比较稳定、河岸比较坚实的河段坝（闸）址所在河断面应比较匀称，且会得到水流垂直于坝轴线，以使过坝水流平顺若为一岸引水，可以考虑将引水口选在弯道河段的凹岸，这对引水防沙有利；若为两岸引水，则宜选在顺直河段支流汇入处不宜设置引水口，应避免支流对引水防沙的干扰在渠首附近要有一定的场地，有利于施工、管理及交通运输对于严寒地区或有防漂要求的渠道，需防止冰凌和其他漂浮物进去干渠一、无坝式引水渠首 建造无坝式引水渠首的最基本条件就是，当河道的枯水位和流量都能满足灌溉要求时，就可以在河岸上选择适宜地点，建筑进水闸，从河流侧面引水，不需要在河道上修建拦河坝其有点事工程简单、投资少、易施工、工期短及收效快并且与其他国民经济部门矛盾少在我国这种渠首多用于大江大河的下游缺点是不能控制河道的水位和流量，枯水期时，引水保证率较低；在多泥沙河流上引水式，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。

1.在无坝式渠首设计时需要特别注意的影响因素1) 无坝渠首受河流水位涨落的影响较大2) 无坝渠首受所在河段水温泥沙特性、河床稳定性以及引水量多少等因素的影响很大尤其是当河床不稳定、主流摆动不定时，影响更大3) 当从河流侧面引水式，由于水流急转，产生强烈的横向环流，以致取水口的上唇受到泥沙淤积，而下唇受到水流冲刷4) 当引水比增大时，进沙比也随之增大正常状况下无坝式取水比宜小于50%，多泥沙河流引水比应小于30%5) 当渠首健在寒冷地区是，若河流漂有大量的浮冰，对引水是不利的，应当采取措施，将浮冰顺利的排走2.无坝式渠首的位置选择 针对以上影响因素无坝式渠首的位置应设置在河岸坚固、可利用弯道环流原理的河道弯道的凹岸，有分叉的河段和直段河道都不利于布置无坝式渠首为防止泥沙入渠保证进水口在横向环流以充分形成，渠首位置应设置在弯道顶点以下水深最大单宽流量最大、环流作用最强点 这一点位置可通过下面公式初定 m ------------系数，一般经试验确定子啊0.8-1.0时入渠沙量最小 B ------------河道水面宽 R-------------河道中心线半径为减小泥沙入渠引水角一般取30°- 60°3.无坝式渠首的渠首形式无坝渠首的布置形式，可分为一首制渠首和多首制渠首两类。

每种类型的布置形式，更具河床及河岸的稳定情况、河流的水沙特性及引水量的多少而有所不同但他们有一个共同的特点，都是从河流侧面引水1） 一首制渠首多位于河道凹岸；当河流稳定，河岸土质坚固时，可将渠首进水闸健在凹岸，利用弯道水流特性，赢取表层较请水流，排走底沙在山区河流坡降较陡、引水量较大及不稳定的河道上，一首制取水布置一般采用导流堤式，渠首由导流堤、进水闸及泄水冲沙闸组成由导流堤束缩水流、太高水位，保证进水闸引取得水量导流堤的轴线与河道水流方向一般成10°- 20°的夹角，并向上游延伸，逐渐接近主流进水闸与泄水闸的位置一般按正面引水侧面排沙的原则布置2） 多首制渠首常建造在不稳定的多泥沙河流上引水口常常由于泥沙淤塞而不能引水的河道到首制渠首常设有2-3条引水渠，各渠相隔1-2km，甚至3-4km各个渠首轮流清淤这种渠首虽然易于清淤，但是工作量大，年维修费用也大4.无坝式渠首布置时上、下游的河道整治为保证引水口正常引水，常需要对渠首附近的上、下游河段进行整治要求河流主流靠近引水口，并维持所需要的水位；引水口前的表层水流进入渠道，底层水流离开引水口；保证引水口不受水流冲击淘刷而破坏其具体措施主要有采用控制泥沙的逗留装置或疏通引水口的前岔道，保证水流引水顺畅；在引水口附近修建丁坝（垂直水流方向）及顺坝（顺水流方向）缩窄河床，调整主流方向，并用护岸工程加固凹岸，防止水流冲刷。

二、有坝式引水渠首建造有坝式渠首基本条件是 当河道水量比较丰富，但水位较低，不能自流灌溉，或引水量较大，无坝取水不能满足要求时，则应拦河筑坝（或拦河闸），抬高水位保证引取水量达到要求由于有坝（拦河闸）挡水起到了对河流进行了一定量的调节作用使得渠首对河道水流的控制程度得到高，相比无坝引水引水保证率较高再建设一定防沙设施后引水含沙率也较低也因此截断河流使其与其他国民经济部门矛盾较多同时在多泥沙河流上修建有坝渠首后，破坏了天然河道的水流泥沙运动规律，引起原有河道变形致使上、下游河床、河岸产生不良影响1.在有坝式渠首设计时需要特别注意的问题 修筑坝体（拦河闸）后，对于上游而言上游水位抬高，水深增加，水流流速减小，携沙能力降低，虽然形成集中水头利于冲洗取水口钳的淤积泥沙，但也使河流中推移质泥沙淤积上游抬高河床当淤积达到一定程度后渠首失去调节作用，渠首引水也就得不到保证上游的淤积还会影响过流能力影响泄水能力，水位被抬高考虑防洪问题时也需要对其进行考虑对下游而言渠首运行初期，由于上游河床的淤积，下游水流含沙量较少，水流较清，具有很大冲刷力，使下游的河床发生冲刷现象随后当坝前泥沙淤平后泥沙被携带到下游，由于上游大量引水的结果，下游河道流量减小，含沙增大，水流携沙能力降低，使得下游淤积。

严重时致使渠首报废因此在进行有坝渠首工程设计时，因特别注意坝体（拦河闸）修建后水体对河道的沖淤影响和防沙设施的修建和管理，不但要使渠首建筑物布置合理，同时还要考虑渠首上下游天然河床再造情况，进行必要的整治，使渠道工程正常工作 2.有坝式渠首的位置选择渠首位置选择，应按以下原则，沿河选择几个额哇I纸，拟定不同方案，进行技术经济比较，然后选其最优方案1） 在多泥沙河流上，有坝（拦河闸）渠首位置应选在河床稳定的地段在弯曲河道上应选在弯道的凹岸；在顺直河段，取水口应位于主流靠近 河岸的地方2） 渠首位置应选在河岸坚固，高度适宜的地段，避免增加土石方开挖量3） 渠首所在河道段河道宽窄适宜根据渠首建筑物的布置形式依据地形采用相应布置方式4） 坝址地质较好一般岩石地基最好；其次是砂卵石和坚实粘土，再其次是砂砾石及沙基，淤泥和流沙不宜作为坝址5） 当有支流汇入时，渠首位置宜选在支流汇入处的上游，避免渠首受到支流泥沙影响有事为了引取更多水量，也可选在支流入口下游，但必须考虑相互影响，特别是当支流含沙量较大时6） 在寒冷地区修建渠首时，取水口应尽量设在向阳一侧，以减少冰冻影响7） 调查研究渠首建成后对原有水利工程有无不良影响，避免引起水利纠纷。

3.有坝式渠首的渠首形式根据对泥沙的处理方式不同，有坝渠首的布置形式有沉沙槽式，人工弯道式、底栏栅式、底部冲沙廊道式、两岸引水式1）沉沙槽式渠首沉砂槽式渠首按侧面引水、正面排沙的原则进行布置，由壅水坝、冲沙闸、沉沙槽、冲沙槽、导水墙及进水闸等组成其中壅水坝布置要求上游水流进水平顺，下游出口最好和原河道方向一致进水闸引水角取70°-75°可取得更好的放沙效果闸底板高出沉沙槽底面1.0-2.0m以增加沉沙槽的容积冲沙闸应与进水闸相邻，底板高程不高于多年平局枯水位且低于进水闸闸槛高程导流墙位于冲沙闸与壅水坝连接处，长度约为引水口总宽的2-3倍，上游通常做成弧形墙顶高出壅水坝顶0.5m为宜沉沙槽内流速应大于推移质的启动流速一般在2-4m/s这种渠首结构简单，施工容易，造价较低，在我国西北华北地区得到广泛应用但在运用中发现这种渠首布置存在下述问题：①由于进水闸与河流垂直、水流需转90°急弯进入进水闸，这样便在进水口处产生横向环流，把部分推移质泥沙带入渠道②当冲沙闸冲沙时，槽内推移质发生跃移运动，为防止泥沙进入渠道，必须关闭进水闸，停止取水③当壅水坝前淤平后，该坝便失去控制水流的作用，致使引水的不到保证。

改进措施；①冲沙闸净宽与孔数在一定范围内尽量取大②在沉沙槽内采用潜没分水墙、导沙坎及卷沙槽，改变水流内部结构，使得表层水进入水闸，而含底沙的水流不易接近进水闸 2）人工弯道式渠首这种渠首时将弯曲河段整治为有规则的人工弯道，利用弯道环流原理，在弯道末端按正面引水、侧面排沙的原则布置进水闸和冲沙闸，以引取表层请水，排走底层泥沙该渠首由人工弯道、冲沙闸、泄洪闸以及下游排沙渠组成弯道式引水渠首是在50年代后期，引进原苏联费尔干式引水渠首的基础上，通过对根据苏联专家直接指导所修建的费尔干式渠首在运行中所暴露的问题，改进而成，目前在新疆，甘肃等省采用较多 a.弯道位置选取弯道式渠首位置一般多选在出山口处或其附近因为这里相对来说，推移质泥沙的沙源较下游为少，同时河流在出山口处，一般处于河流冲积扇的顶部，河床多属下切河段，坡陡流急，有利于排沙 b.弯道形式技术的关键问题人工弯道布置时尽可能利用天然河弯，经适当整治而成为引水弯道因天然稳定的河弯的曲率半径符合该河段的自然特性，与任意布置的弯道相比，引水防沙性能较为优越 人工弯道式渠首设计的关键问题是：洪水期能否在弯道内产生较强的横向环流，平时弯道内是否能保持输沙流速。

早期修建的弯道曾因弯道过大，以致洪水期环流若，平时弯道内流速小，淤积多，影响排沙效果经过多年研究确定人工弯道的设计流量为进水设计流量和冲沙闸流量之和，约为进水闸设计流量的2.0-2.2倍此外，为了充分发挥弯道环流作用，还应使弯道设计流量每年在汛期出现一定的时间根据经验，一般在水量丰富的河道上，设计流量出现时间不少于20-30天；水量较少的河流上，如引水率很大（超过70-80%），这时会出现应税和排沙的矛盾，因此弯道设计里来那个可是当放宽，以每年汛期出现2-5天为宜一般引水弯道曲率半径应大于弯道宽度3倍根据实际工程实践证明，在多泥沙河流上，为了增加泥沙淤泥的容量，引水弯道的长度应适当增长，其数值约为引水弯道中心线半径的（1.0-1.4）倍c.冲沙闸、进水闸闸底高。