摘要：阿合布隆渠首是渭干河最大源流一一木扎提河上游第一座攔河式引水渠首，設計引水流量40m3/s，設計泄洪流量665m3/s，控制灌溉面積35.7萬畝。是一座費爾干式和彎道沖沙槽式相結(jié)合的渠首，該種布置形式在新疆尚屬首次。該渠首工程已于1999年3月投入生產(chǎn)，運行狀況達到設計標準，社會經(jīng)濟效益均十分明顯。經(jīng)過運行證明，該工程的設計是成功的，可為后續(xù)類似工程借鑒。關(guān)鍵詞：引水渠首防沙系統(tǒng)設計一、 概況阿合布隆渠首位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)木扎提河的出山口處，1995年由世行貸款投資興建。該渠首是木扎提河灌區(qū)開發(fā)治理的龍頭工程，主要解決阿克蘇地區(qū)溫宿縣、拜城縣分布在木扎提河南北兩岸共計35.7萬畝的灌溉引水問題。該工程具備泄洪、排沙、引水功能，主要由泄洪閘、沖砂閘、曲線沖砂槽、進水閘及上游曲線整治段和下游整治段構(gòu)成。該渠首工程主要利用上游曲線彎道和曲線型沖砂槽的橫向環(huán)流作用引清排沙。1995年11月，該工程的初步設計成果在新疆水利水電科學研究院水工模型試驗中得到驗證，1996年5月開工，1998年9月通水，1999年3月正式運行。二、 引水渠首河段水文泥沙特性木扎提河發(fā)源于新疆天山南坡，渠首附近設有水文站（即破城子站）一座。該水文站以上河流全長198.8km，集水面積2845km2，其中冰川面積1219.6km2，徑流主要來源于冰川積雪消融水為主，降雨、地下水補給次之。每年7?8月常發(fā)生融冰雪和暴雨疊加形成的混合型洪水，陡漲陡落，峰高量大，破壞性較大。據(jù)破城子水文站實測資料，多年平均徑流量14.6億m3,歷年最大徑流量17.94億m3，歷年最小徑流量11.48億m3，徑流年際變化平穩(wěn)，年內(nèi)分配極不平衡，6?8月三個月徑流量占全年徑流量的70%，見表1。洪水集中、河床坡陡、流急、推移質(zhì)泥沙粒徑粗、量大是木扎提河的特點。據(jù)破城子水文站實測，平均含沙量2.86kg/m3，實測最大含沙量38.1kg/m3,見表3。年均輸沙量402萬t，最大年輸沙量529萬t，最小年輸沙量250萬t。漂石粒徑一般在400mm左右，河床卵石以100?200mm為主，漂石、卵石含量大于80%。經(jīng)地勘分析，該河段河床D50=9.2mm。表1木扎提河破城子水文站多年平均月流量表表2木扎提河洪水頻率成果表表3木扎提河破城子水文站月含沙量表三、 工程布置和引水防沙系統(tǒng)設計一）、設計總體布置原則1、 保證灌區(qū)的正常用水，在枯水期木扎提河流量小于40m3/s，將被全部引入總干渠。2、 泄洪建筑物能通暢排泄洪水、泥沙、漂浮物。3、 木扎提河為高沙河流，渠首的布置和設計應充分考慮防止泥沙入渠，并采取措施將進入渠道的少量推移質(zhì)排出渠外。二）、工程布置渠首閘址選在木扎提河出山口上距破城子水文站5km處，該處有一天然河彎，河道主流穩(wěn)定于右岸（凹岸），彎道水流明顯，具備布置人工彎道的條件。該工程為右岸單側(cè)引水。渠首工程由以下建筑物組成，見圖一。1、 泄洪閘：共3孔，單孔凈寬8m，設計泄洪流量QP=2%=585m3/s，校核洪水QP=0.2%=758m3/s，由弧形鋼閘門控制。2、 排沙閘：與泄洪閘呈一字型布置，共2孔，單孔凈寬5.5m，設計泄流流量QP=2%=196m3/s，QP=0.2%=287m3/s，由平板鋼閘門控制。3、 進水閘：與沖沙閘呈45。角布置。進水閘共3孔，單孔凈寬5m，設計引水流量Q設計=40m3/s，Q加大=45m3/s，由平面板鋼門控制。進水閘設有一道長30m的懸板式“「”型擋沙坎。4、 上游整治段（即人工彎道）：整治段呈曲線型布置，曲率半徑200m，整治段長224.5m，底寬39m。設計洪水QP=2%=665m3/s，校核洪水QP=0.2%=958m3/s，設計造床流量QP=80%=662m3/s。5、 沖沙槽:位于上游整治段內(nèi)與沖沙閘相連，共分兩道，單道凈寬5.5m，總長60m，槽內(nèi)設有一道長30m的束水墻。6、 下游整治段:呈直線布置，底寬39m，全長115m。為防止河床下切過甚而影響建筑物安全，在下游整治段底部內(nèi)呈有三道防沖深隔墻。三）、引水防沙系統(tǒng)工程的設計（一） 引清排沙機理利用上游引水彎道中水流運動離心力作用產(chǎn)生的橫向環(huán)流的原理，將彎道內(nèi)水流底層大量的推移質(zhì)挑向左岸（凸岸），通過泄洪閘將推移質(zhì)排至下游。同時，因環(huán)流作用使含少量推移質(zhì)的水流挑向右岸（凹岸），由設在凹岸末端的彎道式?jīng)_沙槽進行第二次處理。進入沖沙槽的水流進行第二次橫向環(huán)流作用，盡可能使推移質(zhì)偏離進水閘的引水口。進入沖沙槽的推移質(zhì)由沖沙閘排至下游，基本達到引清排沙的目的。（二） 基礎參數(shù)的確定1、 造床流量根據(jù)新疆一些成功渠首的經(jīng)驗，在多泥沙河流中選用平灘水位對應的流量作為造床流量，即平均每年發(fā)生多次的流量作為造床流量，宜選洪水頻率為P=80%?100%。本工程選P=80%，對應流量Q=262m3/s，見表2。2、 推懸比通過新疆水科所對新疆山區(qū)河流推移質(zhì)輸沙率的研究經(jīng)驗，推移質(zhì)輸沙率約占懸移質(zhì)輸沙率的10?15%，本工程取15%。3、 推移質(zhì)平均粒徑根據(jù)新疆較多渠首模型試驗，在造床流床流量時，河床的泥沙全部處于運動狀態(tài)，推移質(zhì)平均粒徑近似地取為渠首段河床質(zhì)的平均粒徑，本工程經(jīng)河床質(zhì)顆分曲線查得D50=0.092m。4、 推移質(zhì)輸沙率據(jù)破城子水文站實測推移質(zhì)平均輸沙率130.2kg/s。（三） 引水沖砂系統(tǒng)的設計1、引水彎道設計引水彎道設計的主要內(nèi)容為：引水彎道尺寸的確定（包括：水面寬Bo、水流穩(wěn)定縱坡J、水深h和平均斷面流速V及整治段底寬B），引水彎道半徑R、長度L、設計縱坡i。1）、引水彎道基本尺寸確定計算公式如下：Bo=0.51XA1.03XQ0.71XDCP0.086/（n0.41XgS0.11）J=29.18Xn2.05-gS-/(A0.13XQXDCP0.43)h=0.54Xn0.23?Q0.48-DCP0.078/(A0.58XgS0.10)V=3.6Xn0.18-gS0.21-/(A0.45XQ0.18XDCP0.16)B=Bo-2mh式中：A：河床穩(wěn)定系數(shù)，取值范圍0.9?1.1,本工程選用0.98；Q：造床流量，本工程選P=80%,洪水頻率對應流量為262m3/s；n：河床自然糙率，本工程選用0.045；gS:年平均輸沙率，本工程選用130.2kg/s；DCP：河床質(zhì)中值粒徑，本工程為0.092m。將A、Q、n、gS、DCP代入以上五式，得：B=39m、Bo=44.3m、J=1/112、h=1.98、V=3.10m/s、引水彎道半徑為了保證彎道具有良好橫向環(huán)流及水流穩(wěn)定條件，本工程經(jīng)模型試驗驗證，R=4.5Bo^200mo、引水彎道長度為了保證渠首的引水彎道具有設計水流結(jié)構(gòu)，上游引水彎道應有足夠的長度，L=(5?6)Boo本工程取L=5XBo=5X44.3=221.5m。、引水彎道設計縱坡本工程所在河段河床平均縱坡為1/120，計算的穩(wěn)定縱坡大于河床平均縱坡，故本工程選用計算的穩(wěn)定縱坡1/112作為本工程引水彎道的設計縱坡。2、沖砂槽設計為進一步減少水流中人工彎道凹岸的泥沙量，在進水閘前設置曲線沖砂槽和擋沙坎。、沖砂槽設計流量的確定根據(jù)國內(nèi)已建的運行效果較好的沖砂槽工程的成功經(jīng)驗，本工程沖砂閘設計流量選用進水閘引水流量的2倍，即Q槽=2XQ引=2X45=90m3/s、沖砂槽寬度為利于小流量時間歇性沖砂，沖砂槽分兩道，每道凈寬5.5m。、沖砂槽長度及高度的確定沖砂槽總長度取進水閘閘前側(cè)堰長度的2倍，即2X30m=60m，高度取整治段內(nèi)造床流量(Q=262m3/s)時對應的水頭高度，即2.5m。槽內(nèi)設有一道短束水墻，長度為30m，高度1.0m。、沖砂槽設計縱坡本工程沖砂槽設計縱坡略大于引水彎道的設計縱坡，為1/110。、沖砂槽設計流速根據(jù)模型試驗的結(jié)論和擬定的工程運行管理方式，在河道來水大于45m3/s，部分開啟或全部開啟沖砂閘，沖砂槽開始工作。本工程沖砂槽設計流速為4.3m3/so、沖砂槽彎道半徑本工程彎道半徑為214.6m。、擋砂坎擋砂坎亦為進水閘前的一道側(cè)堰，呈弧線布置，轉(zhuǎn)彎半徑220.7m，擋砂坎高1.5m，坎前設“「”型懸板，懸板寬1.0m。四、引水防沙效果經(jīng)過兩年運行，上游人工引水彎道環(huán)流作用明顯，沖砂槽沖砂效