塔里木河中下游生態(tài)閘的設(shè)計(jì)實(shí)踐論文
摘要：根據(jù)對(duì)塔里木河中下游生態(tài)閘近十年來的設(shè)計(jì)實(shí)踐，分析塔里木河生態(tài)閘自身的一些特點(diǎn)，總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出生態(tài)閘設(shè)計(jì)應(yīng)注意的一些問題。
關(guān)鍵詞：塔里木河生態(tài)閘設(shè)計(jì)
歷史上塔里木河（以下簡(jiǎn)稱“塔河”）是一條自然河道，沿岸無堤防工程，兩岸生態(tài)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(xié)調(diào)下，當(dāng)?shù)卣托陆a(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)在塔河烏斯?jié)M河口以下修建了約152km的不連續(xù)簡(jiǎn)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(tài)供水，目前，這一批涵閘由于嚴(yán)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(yùn)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(zhǎng)230.12km的連續(xù)輸水堤防和拖格拉闊坦等10座生態(tài)閘，減少了本河段的無效漫溢，經(jīng)過2001年和2002年兩年的運(yùn)行，表明堤防建設(shè)對(duì)向下游輸水起到了較好的效果。新建的生態(tài)閘目前運(yùn)行基本良好，只有蘇蓋特生態(tài)閘因超設(shè)計(jì)流量引水，閘后沖刷較嚴(yán)重，需要進(jìn)一步研究解決。
經(jīng)過這些年對(duì)塔河生態(tài)閘及引水控制閘的設(shè)計(jì)，我們走過了一條曲折的道路，并逐漸認(rèn)識(shí)到，雖然閘的規(guī)模較小，但如果不認(rèn)真加以研究解決，將不能達(dá)到工程建設(shè)的目的。
1.閘址的選擇
在項(xiàng)目的前期工作中，應(yīng)對(duì)輸水堤防沿線生態(tài)植被進(jìn)行充分調(diào)查，以調(diào)查統(tǒng)計(jì)的現(xiàn)狀自然分水口為基礎(chǔ)，根據(jù)引水口可控制的生態(tài)面積，以汛期供水為主，根據(jù)多年平均供水量，從方便運(yùn)行的角度出發(fā)，進(jìn)行合理的歸并，確定生態(tài)閘的設(shè)計(jì)流量。
從引水、安全與管理方面綜合考慮，生態(tài)閘一般建在堤防上。還應(yīng)在結(jié)合輸水堤防的走向、引水條件、河道走勢(shì)基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)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(tài)引水閘，主要考慮泥沙淤積，因此，充分利用現(xiàn)狀自然溝沖淤基本平衡優(yōu)勢(shì)，不改變自然溝的現(xiàn)狀縱坡，將生態(tài)閘閘底高程與建閘處的溝底高程設(shè)置為同一高程。
2.閘室結(jié)構(gòu)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(shù)量上應(yīng)在滿足供水需求及方便管理的前提下，盡量在沿線設(shè)置的密一些，設(shè)計(jì)流量不宜過大，一般在10m3/s左右。
根據(jù)上下游水位關(guān)系及自然地形，生態(tài)閘一般采用寬頂堰形式，本堰形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，適合塔河兩岸的施工要求。
如果生態(tài)閘下游設(shè)置輸水渠，則閘孔寬度一般按寬頂堰淹沒出流計(jì)算，如果生態(tài)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(jì)算。但為了在大河水位較底時(shí)引夠設(shè)計(jì)流量，可能閘底高程較低，在主汛來臨時(shí)，為控制過閘流量，一般需要通過閘門來調(diào)節(jié)流量，此時(shí)，過閘水流為閘孔出流。因此，閘孔寬度的計(jì)算，主要在于確定上下游水位。上游水位根據(jù)閘口所在位置處大河的水位流量關(guān)系確定，下游水位根據(jù)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(yīng)，閘門啟閉為手動(dòng)，因此，生態(tài)閘單孔寬度應(yīng)在2～3m左右較為合適。
2.2閘室應(yīng)為開敞式水閘
在塔河生態(tài)治理搶救工程以前，在干流烏斯?jié)M河口以下曾修建不連續(xù)的輸水堤防及生態(tài)閘，生態(tài)閘流量為1～3m3/s，其形式為涵閘，但經(jīng)過幾年的運(yùn)行，現(xiàn)已基本全部淤積堵死。因此在塔河生態(tài)治理搶救工程中，生態(tài)閘全部為開敞式水閘，經(jīng)過兩年的運(yùn)行，未發(fā)生淤積現(xiàn)象，說明此種設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)較薄，為避免漂木對(duì)胸墻的撞擊，一般不宜設(shè)置胸墻。
2.3閘門高度的確定
根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.17條“露頂式閘門頂部應(yīng)在可能出現(xiàn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(shí)，開度又不能太大，否則會(huì)使過閘流量超過設(shè)計(jì)流量，單寬流量超過下游防護(hù)設(shè)施的容許值，沖毀海漫。因此，設(shè)計(jì)時(shí)閘前最高擋水高度的`取值應(yīng)為閘前底板以上最大水深減去設(shè)計(jì)流量時(shí)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(shè)計(jì)
3.1消力池的設(shè)計(jì)
塔里木河生態(tài)閘的水頭一般較小，基本在1.5m～4.0m之間，閘后渠床土質(zhì)抗沖能力較小，常采用底流式消能方式，防沖設(shè)施主要由消力池、海漫和防沖槽等部分組成，其型式根據(jù)水位流量情況、地質(zhì)情況、消能效果和工程造價(jià)比較選用。一般情況下，生態(tài)閘躍后水深hc〞小于下游水深hs，不需要設(shè)置消力池，但渠底流速在閘后較長(zhǎng)距離內(nèi)大于允許流速，因此，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置消力坎來降低渠底流速。
3.2海漫及防沖槽的設(shè)計(jì)
水流經(jīng)過消力池后，仍留有一定的剩余動(dòng)能，特別是流速分布不均勻，脈動(dòng)仍較強(qiáng)烈，具有一定的沖刷能力，需要設(shè)置海漫。設(shè)計(jì)時(shí)采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)公式的計(jì)算值來確定海漫長(zhǎng)度，但生態(tài)后沖坑依然較深，主要原因是塔里木河中下游生態(tài)閘的地基土為粉細(xì)沙，河床土質(zhì)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(dá)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(tài)閘，設(shè)計(jì)流量15.0m3/s（實(shí)際過閘流量應(yīng)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(zhǎng)12.0m，紅柳梢捆海漫長(zhǎng)15.0m，海漫末端單寬流量只有3.3m3/(s.m)，運(yùn)行兩年后，梢捆海漫全部被沖毀，沖坑深達(dá)3.0m。2002年汛期來臨之前進(jìn)行加固，重做海漫30m，海漫末段做深齒墻，齒墻下游10m范圍內(nèi)用0.5m厚鉛絲籠塊石護(hù)砌。汛期結(jié)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(tài)閘下游的防沖設(shè)計(jì)應(yīng)在根據(jù)規(guī)范計(jì)算的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況及地質(zhì)條件做充分的設(shè)計(jì)保障。
4.結(jié)語
塔里木河中下游屬于蜿蜒型河道，其生態(tài)閘設(shè)計(jì)與其它河流相比有一定的特殊性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)生態(tài)閘自身特有的運(yùn)行工況，設(shè)置相應(yīng)的工程保障。
參考文獻(xiàn)
1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（SL265-2001），中國(guó)水利水電出版社，2001
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3.吳持恭，水力學(xué)，高等教育出版社，1982
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