西河斜壩引水樞紐布置探討

江祥繼,江 力

(1.都江堰外江管理處,四川崇州,611230;2.崇州市水務(wù)局,四川崇州,611230)

1 西河引水樞紐概述

西河灌區(qū)系都江堰外江灌區(qū)的一部分。西河為岷江的一級支流,河道全長109km,集雨面積355km2,灌溉面積2.27萬hm2。上游稱文井江,發(fā)源于四川省崇州市茍萬山,其源頭為火燒營東北麓與分云嶺東坡之黑凼。流經(jīng)崇州市、大邑縣、新津縣,于新津縣城武陽鎮(zhèn)外匯入岷江。年最枯流量3m3/s～5m3/s,春灌期間的流量約12m3/s,常年洪水流量約1100m3/s,最大洪水流量可達3500m3/s。西河河床由松散砂礫石組成,極不穩(wěn)定,河道最寬處達1km～2km,最窄處不到200m,深泓水位變幅大而且頻繁。上世紀(jì)70年代以來經(jīng)過逐步治理,河床斷面基本規(guī)范,寬200m～400m,深5m～6m。西河由于洪枯流量變幅大,灌溉期間主要靠都江堰輸水補充。為此,西河上的各支渠引水樞紐工程,必須考慮洪水不淤積,深泓水位置要引導(dǎo)至取水堰口,才有可靠的引水流量。多年以來陸續(xù)興建和改建了烏木堰、三合堰、千功堰、石頭堰、羊頭堰、泗江堰等引水樞紐工程。其中,千功堰最為理想;羊頭堰經(jīng)過改造、完善,形成了以水壩為凸岸,進水口為凹岸的引水樞紐;三合堰進水口采用弧型壩,人為造成在凹岸引水(圖1)。其余樞紐引水工程一般都能滿足灌溉用水,保證防洪安全。各引水樞紐總體布置主要參數(shù)見表1。西河經(jīng)治理,河床基本定型,但隨著近年來大量采集砂石,河床變化較大,尚需進一步改進和完善上述引水樞紐。壩雖長但壩高只有2m～3m,用就地取材的漿砌卵石筑壩還是較經(jīng)濟的。

圖1 三合堰樞紐工程示意

2 引水樞紐堰口位置選擇

引水樞紐堰口的位置,要選擇在河道凹岸偏下處。這樣水流由于離心力的作用,使凹岸水面升高,形成橫向坡降,使河道流速是表層大、底層小,離心力沿水深而逐漸減小。由于水面差產(chǎn)生的側(cè)壓力沿水深為一常數(shù),而方向與離心力則相反,兩種力的合力方向,就是水體在斷面的運動方向。因此,彎道河段的表層水由凸岸流向凹岸,底層水由凹岸流向凸岸,從而形成橫向環(huán)流。表層水含沙量小,在離心力的作用下,凹岸達到最大流速,形成水深流急的主河槽;而底層水含沙量大,由于離心力和河床摩擦阻力的作用,使水流向凸岸時流速逐漸減至最小,淤積凸岸,所以堰口位置要建在凹岸。實際最大水深位于凹岸彎道頂點偏下處。如千功堰口在凹岸彎道偏下,水深流急可以加大進水量,又能有效的防止砂礫進入渠道和在堰口淤積,是最理想的位置。

3 欄河壩

西河各引水樞紐的攔河壩均為全段翻水的滾水壩,都是斜壩或某一段略帶弧形的壩。攔河壩的功能是擋水、抬高水位、導(dǎo)流沖沙。它的位置、形狀、比降等,均與沖沙閘、攔沙埂的布置有很大關(guān)系。河道中含沙量少的可采用橫壩攔水。但西河洪水期含砂石較重,每漲洪水,砂石呈推移質(zhì)運動,橫壩易淤積,故采用斜壩(當(dāng)?shù)乩习傩辗Q為剪刀壩)或弧形壩。這樣的壩,不僅能攔水,而且能導(dǎo)流,把表層水導(dǎo)進渠道,把含沙量重的水導(dǎo)向沖沙閘。這就要求在樞紐布置上,要形成以壩為凸岸、以堰口攔沙埂為凹岸的正面進水、側(cè)面沖沙的橫向環(huán)流。壩端沿沖沙閘方向從閘墩算起呈10°～20°角度,逐漸擴大角度向上延伸至對岸邊的弧形壩。如千功堰攔河壩,是從沖沙閘邊墩尖起與沖沙流向成16°角向上延伸(順正沖沙流向),擴大到23°角延伸至250m處,再以40°夾角仍以微弧形延伸至430m處,最后以50°角直線延伸至岸邊。壩長600m(河道寬335m),壩是兩頭直,中間為弧形的半邊喇叭形狀,把水引導(dǎo)至堰口前,表層水翻過攔沙埂進入渠道,底層含沙量重的水導(dǎo)至沖沙閘,從而做到渠道不進沙,閘前不淤沙。為了更有效地的沖沙和進水,攔水壩的縱比降應(yīng)大于上、下游河段的比降,使水的流速不至在壩前降低而產(chǎn)生淤積。特別是凸岸取水更應(yīng)加大比降,利用洪水在翻壩前后的起漲和降落水位時的橫向環(huán)流作用沖沙。為了多過洪水,也可以在中泓線以上壩的比降小些,中泓線至沖沙閘壩的比降大些。

表1 西河各引水樞紐總體布置主要參數(shù)

4 沖沙閘

沖沙閘墩要順上游水流方向,下游與岸邊呈0°至10°夾角為好,呈0°角時閘岸邊墩平移下游河底邊外1m～3m為宜;接壩邊墩后要延伸潛水吊埂,以免順壩后來水影響閘后流向,利于泄洪沖沙,免沖堤岸。閘底的高程應(yīng)比進水閘底低0.4m～0.6m為宜,上游河底比降的要求應(yīng)低些,但應(yīng)盡量考慮平壩頂水位為自由流才利于沖沙。如條件限制,可在設(shè)計消力池和護堤高程上考慮,等沖沙幾年后達到也行。壩與閘墩的銜接,不得擋閘水勢影響沖沙效果。閘孔要寬些為好,閘底總寬度要能形成壩前沖沙水道為準(zhǔn),應(yīng)根據(jù)堰口的位置、水勢情況而定,凹岸順?biāo)畡菀讻_沙可窄些,凸岸可寬些。

5 攔沙埂

攔沙埂是設(shè)在進水閘前連接上游岸與魚嘴沖沙閘墩的潛水埂,有直線和弧線型兩種,為凸向進水口的最好為弧線型,使水流形成以壩為凸岸、以埂為凹岸的橫向環(huán)流,起到進水好、即攔沙又導(dǎo)沙的作用。攔沙埂高度一般高于進水閘底0.5m～0.7m,若進水渠內(nèi)還進有石子,可以適當(dāng)加高,但要保證在平壩頂水位時埂頂過水能滿足渠道最大進水量要求。埂頂縱比降應(yīng)稍大于相對應(yīng)的壩頂比降,也可以做成吊埂式,尾端順沖沙閘魚嘴邊方向,吊過魚嘴尖。

總之,進水閘、攔河壩、沖沙閘、攔沙埂的位置、方向、比降要相互配合,順?biāo)畡菪纬烧孢M水、側(cè)面沖沙的橫向環(huán)流作用。這樣,才能有效地把砂石沖到下游去,把足夠的水引進渠道。 ■