塔里木河中下游生态闸的设计实践论文
摘要：根据对塔里木河中下游生态闸近十年来的设计实践，分析塔里木河生态闸自身的一些特点，总结设计经验，提出生态闸设计应注意的一些问题。
关键词：塔里木河生态闸设计
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
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