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40m^{3，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Q_{P=2%=585m^{3，校核洪水QP=0.2%=758m3,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Q_{P=2%=196m^{3,QP=0.2%=287m3，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=40m^{3，Q加大=45m3，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Q_{P=2%=665m^{3，校核洪水QP=0.2%=958m3,設計造床流量QP=80%=662m3。}}

　　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

　?。ㄒ唬┮迮派硻C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挑向左岸（凸岸），通過泄洪閘將推移質排至下游。同時，因環(huán)流作用使含少量推移質的水流挑向右岸（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，盡可能使推移質偏離進水閘的引水口。進入沖沙槽的推移質由沖沙閘排至下游，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=262m^{3，見表2。}

　　2、推懸比

　　通過新疆水科所對新疆山區(qū)河流推移質輸沙率的研究經(jīng)驗，推移質輸沙率約占懸移質輸沙率的10～15%，本工程取15%。

　　3、推移質平均粒徑

　　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)，推移質平均粒徑近似地取為渠首段河床質的平均粒徑，本工程經(jīng)河床質顆分曲線查得D_{50=0.092m。}

　　4、推移質輸沙率

　　據(jù)破城子水文站實測推移質平均輸沙率130.2kg。

　　（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=0.51×A^{1.03×Q0.71×D_{CP0.086（n0.41×gS0.11）}}

　　J=29.18×n^{2.05·g_{S·（A0.13×Q×DCP0.43）}}

　　h=0.54×n^{0.23·Q0.48·D_{CP0.078（A0.58×gS0.10）}}

　　V=3.6×n^{0.18·g_{S0.21·（A0.45×Q0.18×DCP0.16）}}

　　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262m^3；

　　n：河床自然糙率，本工程選用0.045；

　　g_{S：年平均輸沙率，本工程選用130.2kg；}

　　D_{CP：河床質中值粒徑，本工程為0.092m。}

　　將A、Q、n、g_{S、DCP代入以上五式，得：}

　　B=39m、Bo=44.3m、J=1112、h=1.98、V=3.10m

　　2）、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≈200m。

　　3）、引水彎道長度

　　為了保證渠首的引水彎道具有設計水流結構，上游引水彎道應有足夠的長度，L=（5～6）Bo。本工程取L=5×Bo=5×44.3=221.5m。

　　4）、引水彎道設計縱坡

　　本工程所在河段河床平均縱坡為1120，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1112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。

　　1）、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=2×Q引=2×45=90m³}

　　2）、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。

　　3）、沖砂槽長度及高度的確定

　　沖砂槽總長度取進水閘閘前側堰長度的2倍，即2×30m=60m，高度取整治段內(nèi)造床流量（Q=262m^{3）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。}

　　4）、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1110。

　　5）、沖砂槽設計流速

　　根據(jù)模型試驗的結論和擬定的工程運行管理方式，在河道來水大于45m^{3，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。}

　　6）、沖砂槽彎道半徑

　　本工程彎道半徑為214.6m。

　　7）、擋砂坎

　　擋砂坎亦為進水閘前的一道側堰，呈弧線布置，轉彎半徑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，沖砂槽沖砂效果較好，泥沙經(jīng)過人工彎道和沖砂槽的兩次處理后，進入總干渠的泥沙顆粒普遍在20mm以下，再通過設在渠道上的渦管排沙設施進行第三次處理，基本解決了引水總干渠的泥沙磨蝕問題。

　　參考文獻

　　1、陳樹林山區(qū)河流卵石河床引水渠首上下游整治段的設計《新疆水利》編輯部1989（6）

　　2、新疆引水渠首新疆人民出版社1993年（12）

　　3、引水渠首水利電力出版社1985（2）