河流下游生态闸设计论文

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历史上塔里木河（以下简称“塔河”）是一条自然河道，沿岸无堤防工程，两岸生态用水基本依靠自然漫溢。从1991年开始，塔河下游的供水矛盾日渐突出，在塔河管理局的协调下，当地政府和新疆生产建设兵团在塔河乌斯满河口以下修建了约152km的不连续简易堤防，两岸堤防间距较小，基本在200m左右，并在堤防上修建了一批流量在1～3m3/s的涵闸，给堤防沿线两岸生态供水，目前，这一批涵闸由于严重淤积，已基本废弃。在这期间，还在一些大的岔流沟道上修建了一些引水控制闸，在修建初期也起到了很好的作用，但在最近几年的运行中也暴露出一些问题。

2001年，在塔河干流中游沙子河口至阿其克河口段两岸新建长230.12km的连续输水堤防和拖格拉阔坦等10座生态闸，减少了本河段的无效漫溢，经过2001年和2002年两年的运行，表明堤防建设对向下游输水起到了较好的效果。新建的生态闸目前运行基本良好，只有苏盖特生态闸因超设计流量引水，闸后冲刷较严重，需要进一步研究解决。

经过这些年对塔河生态闸及引水控制闸的设计，我们走过了一条曲折的道路，并逐渐认识到，虽然闸的规模较小，但如果不认真加以研究解决，将不能达到工程建设的目的。

1.闸址的选择

在项目的前期工作中，应对输水堤防沿线生态植被进行充分调查，以调查统计的现状自然分水口为基础，根据引水口可控制的生态面积，以汛期供水为主，根据多年平均供水量，从方便运行的角度出发，进行合理的归并，确定生态闸的设计流量。

从引水、安全与管理方面综合考虑，生态闸一般建在堤防上。还应在结合输水堤防的走向、引水条件、河道走势基础上，利用现有引水沟道，将闸建在自然沟道上。自然沟的沟底高程一般高于大河主槽，并低于自然地面0.8～1.0m左右，作为生态引水闸，主要考虑泥沙淤积，因此，充分利用现状自然沟冲淤基本平衡优势，不改变自然沟的现状纵坡，将生态闸闸底高程与建闸处的沟底高程设置为同一高程。

2.闸室结构的确定

2.1堰形及闸孔宽度的确定

建闸之前一般以汛期通过自然漫溢来灌溉河道沿岸植被，数量上应在满足供水需求及方便管理的前提下，尽量在沿线设置的密一些，设计流量不宜过大，一般在10m3/s左右。

根据上下游水位关系及自然地形，生态闸一般采用宽顶堰形式，本堰形结构简单，施工方便，适合塔河两岸的施工要求。

如果生态闸下游设置输水渠，则闸孔宽度一般按宽顶堰淹没出流计算，如果生态闸下游没有输水渠，则水流过闸后水位很快降低，闸孔宽度一般按宽顶堰自由出流计算。但为了在大河水位较底时引够设计流量，可能闸底高程较低，在主汛来临时，为控制过闸流量，一般需要通过闸门来调节流量，此时，过闸水流为闸孔出流。因此，闸孔宽度的计算，主要在于确定上下游水位。上游水位根据闸口所在位置处大河的水位流量关系确定，下游水位根据下游自然沟或输水渠的纵坡和断面来确定。

由于塔河两岸无电力供应，闸门启闭为手动，因此，生态闸单孔宽度应在2～3m左右较为合适。

2.2闸室应为开敞式水闸

在塔河生态治理抢救工程以前，在干流乌斯满河口以下曾修建不连续的输水堤防及生态闸，生态闸流量为1～3m3/s，其形式为涵闸，但经过几年的运行，现已基本全部淤积堵死。因此在塔河生态治理抢救工程中，生态闸全部为开敞式水闸，经过两年的运行，未发生淤积现象，说明此种设计形式是合适的。

此外考虑到塔河汛期河道漂浮物较多，而胸墙本身结构较薄，为避免漂木对胸墙的撞击，一般不宜设置胸墙。

2.3闸门高度的确定

根据《水闸设计规范》第4.2.17条“露顶式闸门顶部应在可能出现的最高挡水位以上有0.3-0.5m的超高”，即：

闸门高度=闸前最高挡水高度+超高

实践经验表明，塔河所有水闸在汛期必须开闸，这样才能避免闸前淤积。但是在较大洪水时，开度又不能太大，否则会使过闸流量超过设计流量，单宽流量超过下游防护设施的容许值，冲毁海漫。因此，设计时闸前最高挡水高度的取值应为闸前底板以上最大水深减去设计流量时的闸门开启度，即

闸门高度=闸前水深－开启度＋超高

3.消能防冲的设计

3.1消力池的设计

塔里木河生态闸的水头一般较小，基本在1.5m～4.0m之间，闸后渠床土质抗冲能力较小，常采用底流式消能方式，防冲设施主要由消力池、海漫和防冲槽等部分组成，其型式根据水位流量情况、地质情况、消能效果和工程造价比较选用。一般情况下，生态闸跃后水深hc〞小于下游水深hs，不需要设置消力池，但渠底流速在闸后较长距离内大于允许流速，因此，还应根据实际情况设置消力坎来降低渠底流速。

3.2海漫及防冲槽的设计

水流经过消力池后，仍留有一定的剩余动能，特别是流速分布不均匀，脉动仍较强烈，具有一定的冲刷能力，需要设置海漫。设计时采用《水闸设计规范》中相关公式的计算值来确定海漫长度，但生态后冲坑依然较深，主要原因是塔里木河中下游生态闸的地基土为粉细沙，河床土质允许不冲流速较小，即使单宽流量只有4.0m3/(s.m)，海漫后冲坑也深达4.5m左右。

例如：1999年在塔里木河中游沙子河口下游10km处修建了亚森卡得生态闸，设计流量15.0m3/s（实际过闸流量应在25.0m3/s左右），闸孔型式为2×2.5m开敞式水闸，混凝土消力池长12.0m，红柳梢捆海漫长15.0m，海漫末端单宽流量只有3.3m3/(s.m)，运行两年后，梢捆海漫全部被冲毁，冲坑深达3.0m。2002年汛期来临之前进行加固，重做海漫30m，海漫末段做深齿墙，齿墙下游10m范围内用0.5m厚铅丝笼块石护砌。汛期结束后，齿墙后仍形成一大冲坑，由于铅丝笼块石维持了深齿墙的存在，才得以保住海漫。

因此，塔里木河生态闸下游的防冲设计应在根据规范计算的基础上，应结合实际运行情况及地质条件做充分的设计保障。

4.结语

塔里木河中下游属于蜿蜒型河道，其生态闸设计与其它河流相比有一定的特殊性，设计时应根据生态闸自身特有的运行工况，设置相应的工程保障。

参考文献

1.江苏省水利勘测设计研究院，水闸设计规范（SL265-2001），中国水利水电出版社，2001

2.张世儒，夏维城，水闸，水利电力出版社，1987

3.吴持恭，水力学，高等教育出版社，1982