河流下游生態閘設計論文

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歷史上塔里木河（以下簡稱“塔河”）是一條自然河道，沿岸無堤防工程，兩岸生態用水基本依靠自然漫溢。從1991年開始，塔河下游的供水矛盾日漸突出，在塔河管理局的協調下，當地政府和新疆生產建設兵團在塔河烏斯滿河口以下修建了約152km的不連續簡易堤防，兩岸堤防間距較小，基本在200m左右，并在堤防上修建了一批流量在1～3m3/s的涵閘，給堤防沿線兩岸生態供水，目前，這一批涵閘由于嚴重淤積，已基本廢棄。在這期間，還在一些大的岔流溝道上修建了一些引水控制閘，在修建初期也起到了很好的作用，但在最近幾年的運行中也暴露出一些問題。

2001年，在塔河干流中游沙子河口至阿其克河口段兩岸新建長230.12km的連續輸水堤防和拖格拉闊坦等10座生態閘，減少了本河段的無效漫溢，經過2001年和2002年兩年的運行，表明堤防建設對向下游輸水起到了較好的效果。新建的生態閘目前運行基本良好，只有蘇蓋特生態閘因超設計流量引水，閘后沖刷較嚴重，需要進一步研究解決。

經過這些年對塔河生態閘及引水控制閘的設計，我們走過了一條曲折的道路，并逐漸認識到，雖然閘的規模較小，但如果不認真加以研究解決，將不能達到工程建設的目的。

1.閘址的選擇

在項目的前期工作中，應對輸水堤防沿線生態植被進行充分調查，以調查統計的現狀自然分水口為基礎，根據引水口可控制的生態面積，以汛期供水為主，根據多年平均供水量，從方便運行的角度出發，進行合理的歸并，確定生態閘的設計流量。

從引水、安全與管理方面綜合考慮，生態閘一般建在堤防上。還應在結合輸水堤防的走向、引水條件、河道走勢基礎上，利用現有引水溝道，將閘建在自然溝道上。自然溝的溝底高程一般高于大河主槽，并低于自然地面0.8～1.0m左右，作為生態引水閘，主要考慮泥沙淤積，因此，充分利用現狀自然溝沖淤基本平衡優勢，不改變自然溝的現狀縱坡，將生態閘閘底高程與建閘處的溝底高程設置為同一高程。

2.閘室結構的確定

2.1堰形及閘孔寬度的確定

建閘之前一般以汛期通過自然漫溢來灌溉河道沿岸植被，數量上應在滿足供水需求及方便管理的前提下，盡量在沿線設置的密一些，設計流量不宜過大，一般在10m3/s左右。

根據上下游水位關系及自然地形，生態閘一般采用寬頂堰形式，本堰形結構簡單，施工方便，適合塔河兩岸的施工要求。

如果生態閘下游設置輸水渠，則閘孔寬度一般按寬頂堰淹沒出流計算，如果生態閘下游沒有輸水渠，則水流過閘后水位很快降低，閘孔寬度一般按寬頂堰自由出流計算。但為了在大河水位較底時引夠設計流量，可能閘底高程較低，在主汛來臨時，為控制過閘流量，一般需要通過閘門來調節流量，此時，過閘水流為閘孔出流。因此，閘孔寬度的計算，主要在于確定上下游水位。上游水位根據閘口所在位置處大河的水位流量關系確定，下游水位根據下游自然溝或輸水渠的縱坡和斷面來確定。

由于塔河兩岸無電力供應，閘門啟閉為手動，因此，生態閘單孔寬度應在2～3m左右較為合適。

2.2閘室應為開敞式水閘

在塔河生態治理搶救工程以前，在干流烏斯滿河口以下曾修建不連續的輸水堤防及生態閘，生態閘流量為1～3m3/s，其形式為涵閘，但經過幾年的運行，現已基本全部淤積堵死。因此在塔河生態治理搶救工程中，生態閘全部為開敞式水閘，經過兩年的運行，未發生淤積現象，說明此種設計形式是合適的。

此外考慮到塔河汛期河道漂浮物較多，而胸墻本身結構較薄，為避免漂木對胸墻的撞擊，一般不宜設置胸墻。

2.3閘門高度的確定

根據《水閘設計規范》第4.2.17條“露頂式閘門頂部應在可能出現的最高擋水位以上有0.3-0.5m的超高”，即：

閘門高度=閘前最高擋水高度+超高

實踐經驗表明，塔河所有水閘在汛期必須開閘，這樣才能避免閘前淤積。但是在較大洪水時，開度又不能太大，否則會使過閘流量超過設計流量，單寬流量超過下游防護設施的容許值，沖毀海漫。因此，設計時閘前最高擋水高度的取值應為閘前底板以上最大水深減去設計流量時的閘門開啟度，即

閘門高度=閘前水深－開啟度＋超高

3.消能防沖的設計

3.1消力池的設計

塔里木河生態閘的水頭一般較小，基本在1.5m～4.0m之間，閘后渠床土質抗沖能力較小，常采用底流式消能方式，防沖設施主要由消力池、海漫和防沖槽等部分組成，其型式根據水位流量情況、地質情況、消能效果和工程造價比較選用。一般情況下，生態閘躍后水深hc〞小于下游水深hs，不需要設置消力池，但渠底流速在閘后較長距離內大于允許流速，因此，還應根據實際情況設置消力坎來降低渠底流速。

3.2海漫及防沖槽的設計

水流經過消力池后，仍留有一定的剩余動能，特別是流速分布不均勻，脈動仍較強烈，具有一定的沖刷能力，需要設置海漫。設計時采用《水閘設計規范》中相關公式的計算值來確定海漫長度，但生態后沖坑依然較深，主要原因是塔里木河中下游生態閘的地基土為粉細沙，河床土質允許不沖流速較小，即使單寬流量只有4.0m3/(s.m)，海漫后沖坑也深達4.5m左右。

例如：1999年在塔里木河中游沙子河口下游10km處修建了亞森卡得生態閘，設計流量15.0m3/s（實際過閘流量應在25.0m3/s左右），閘孔型式為2×2.5m開敞式水閘，混凝土消力池長12.0m，紅柳梢捆海漫長15.0m，海漫末端單寬流量只有3.3m3/(s.m)，運行兩年后，梢捆海漫全部被沖毀，沖坑深達3.0m。2002年汛期來臨之前進行加固，重做海漫30m，海漫末段做深齒墻，齒墻下游10m范圍內用0.5m厚鉛絲籠塊石護砌。汛期結束后，齒墻后仍形成一大沖坑，由于鉛絲籠塊石維持了深齒墻的存在，才得以保住海漫。

因此，塔里木河生態閘下游的防沖設計應在根據規范計算的基礎上，應結合實際運行情況及地質條件做充分的設計保障。

4.結語

塔里木河中下游屬于蜿蜒型河道，其生態閘設計與其它河流相比有一定的特殊性，設計時應根據生態閘自身特有的運行工況，設置相應的工程保障。

參考文獻

1.江蘇省水利勘測設計研究院，水閘設計規范（SL265-2001），中國水利水電出版社，2001

2.張世儒，夏維城，水閘，水利電力出版社，1987

3.吳持恭，水力學，高等教育出版社，1982