摘要：闡述了冊亨縣灌溉工程無壩取水概況以及有壩取水對河道產生的影響,分析了無壩取水改建為有壩取水應考慮的幾個問題,以為無壩渠道改建提供參考。
關鍵詞：無壩渠首;無壩取水;有壩取水;改建;貴州冊亨
1概述
冊亨縣早期修建的灌溉工程,其取水口多為無壩渠首,即在河岸適當位置開挖取水口,而不攔河築壩(建閘)雍高水位。一般在取水口設有進水閘以控制入渠流量。無壩取水由於工程簡單、投資省錢,收效快而得到廣泛採用。但是這種取水工程受河道中水流要素變化的影響較大,在水量及水位有充分保證的河道上才可採用。否則,取水保證率較低。另外,這種取水口附近河段的河床演變對這種取水口的正常運用影響極大。由於這些特點,在規劃設計無壩取水口時,要符合下列要求:①河道主流經常靠近取水口;②在灌溉期內,取水口前須維持必要的水位,以保證引進設計流量;③防止推移泥沙進入渠道。對含沙量較大的河流,還應儘可能控制進入河道的懸移質含沙量[1]。
根據經驗無壩取水口的位置,最好選擇在彎道凹岸頂點的下游、離彎道起點距離為河寬的4~5倍的地方。實現正面取水或者在河床全有岩石出露的地方取水。但是,隨著河床的不斷降低,有些無壩取水口也取不到水,不能滿足用水要求,其中相當一部分無壩取水口已改建或待改建為有壩取水口。以往在一些改建工程中常以工程量大小以及施工難易作為方案優選的目標。在選擇河段及壩軸線時,考慮重點集中在壩區地質條件、建築物佈置條件和施工條件較好的位置,而對河勢則不夠重視,甚至不予考慮[2]。由於對有壩渠首抬高上游水位,改變原有的河道的水流輸沙條件,引起河道變化認識不充分,致使工程執行若干年後,進水口的主流道堵塞、淤死。此外,樞紐佈置不合理、設計及運用不當等都可能帶來一些難以處理或補救的問題。為了滿足工程要求,對不同的河段可以作出不同的河勢規劃;合理進行建築物佈置,並輔以必要的河床整治;在管理運用中,全面考慮,合理調水調沙,可以取得良好的改建效果。
2有壩取水對河道的影響
當設計引水量加大後,河流中的水位不能滿足無壩自流引水要求;可灌溉臨界期引水比較大,引水質量難以保證,以及在無壩引水口設定之後引水口附近及上下游一定距離內的河道發生變化影響引水時,需將無壩渠首改建為有壩渠首,即修建攔河雍水壩(閘)等控制建築雍高水位,以保證引水需要。有壩渠首一般由進水閘、衝沙閘、雍水壩或攔河閘等組成,為了降低樞紐造價,攔河建築工物常採用雍水壩。雍水壩抬高了上游水位,相應增大了過水斷面。由於雍水區內流速減小,河道泥沙大部分淤積在雍水區上游部位,隨著淤積地形加高,過水斷面減小,流速增大,上游不沙淤積不斷向過水斷面大的方向延伸,直到雍水區內淤積體與壩頂齊平,才改變原河床的輸沙狀態。建造雍水壩後,將產生以下影響[3]。
2.1彎道環流作用減弱
取水口的位置多選擇在彎道凹岸點下游,該處環流量強,不但水流比較集中,水深較大,且環流作用下,含沙量較低的表層水流流向凹岸,含沙量較高的`底流則流向凸岸。取水口選在凹岸不但可以保證引水流量,而且還可以減少入渠泥沙。建壩後,由於雍水影響,壩上游的河寬通常總是要增加的。根據水力學理論,彎道環流的強度與水流的縱向流速的平方成正比,縱向流速越大,彎道環流的強度也就越大。由於壩的雍水作用,上游水流流速減小,因而減小了環流強度,對引水防沙不利。故對有壩渠首而言,只利用彎道環流取水防沙是不夠的。
2.2主流線偏離引水口
無壩取水的一個基本要求是保證引水流量。取水口附近河段的演變對取水口的正常應用影響極大,它關係到河道主流是否能夠經常靠近取水口,無壩取水一般引水流量較小,在引水的同時引走一部分泥沙,所以對原河道的影響不大。取水口位置選擇應該結合彎道的地形,並經河道演變資料分析,確定出洪、中、枯不同情況下的主流頂中範圍,然後根據引水要求確定取水口的具體地點。在這種情況下,可以保證主流靠引水口。天然河道主流中,枯水期基本上沿主槽運動,而建立壩後完全改變了上游的水流特性,破壞了天然河道水流條件與河床輸沙的相對平衡狀態,使水沙條件和河床形態重新調整。修建有壩取水樞紐後,河的寬度增大,邊界條件發生新的變化,出現了迴流區及小流速區,在這些區內泥沙大量落淤,形成邊灘,如果不採取措施,邊灘逐漸發展、狀大,最後會堵塞、淤積主河道,致使主流偏離引水口[4]。