表2木扎提河洪水频率成果表

　　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统设计

　　一）、设计总体布置原则

　　1、保证灌区的正常用水，在枯水期木扎提河流量小于40m^{3，将被全部引入总干渠。}

　　2、泄洪建筑物能通畅排泄洪水、泥沙、漂浮物。

　　3、木扎提河为高沙河流，渠首的布置和设计应充分考虑防止泥沙入渠，并采取措施将进入渠道的少量推移质排出渠外。

　　二）、工程布置

　　渠首闸址选在木扎提河出山口上距破城子水文站5km处，该处有一天然河弯，河道主流稳定于右岸（凹岸），弯道水流明显，具备布置人工弯道的条件。该工程为右岸单侧引水。

　　渠首工程由以下建筑物组成，见图一。

　　1、泄洪闸：共3孔，单孔净宽8m，设计泄洪流量Q_{P=2%=585m^{3，校核洪水QP=0.2%=758m3,由弧形钢闸门控制。}}

　　2、排沙闸：与泄洪闸呈一字型布置，共2孔，单孔净宽5.5m，设计泄流流量Q_{P=2%=196m^{3,QP=0.2%=287m3，由平板钢闸门控制。}}

　　3、进水闸：与冲沙闸呈45°角布置。进水闸共3孔，单孔净宽5m，设计引水流量Q_{设计=40m^{3，Q加大=45m3，由平面板钢门控制。进水闸设有一道长30m的悬板式“┓”型挡沙坎。}}

　　4、上游整治段（即人工弯道）:整治段呈曲线型布置，曲率半径200m，整治段长224.5m，底宽39m。设计洪水Q_{P=2%=665m^{3，校核洪水QP=0.2%=958m3,设计造床流量QP=80%=662m3。}}

　　5、冲沙槽:位于上游整治段内与冲沙闸相连，共分两道，单道净宽5.5m，总长60m，槽内设有一道长30m的束水墙。

　　6、下游整治段:呈直线布置，底宽39m，全长115m。为防止河床下切过甚而影响建筑物安全，在下游整治段底部内呈有三道防冲深隔墙。

　　三）、引水防沙系统工程的设计

　　（一）引清排沙机理

　　利用上游引水弯道中水流运动离心力作用产生的横向环流的原理，将弯道内水流底层大量的推移质挑向左岸（凸岸），通过泄洪闸将推移质排至下游。同时，因环流作用使含少量推移质的水流挑向右岸（凹岸），由设在凹岸末端的弯道式冲沙槽进行第二次处理。进入冲沙槽的水流进行第二次横向环流作用，尽可能使推移质偏离进水闸的引水口。进入冲沙槽的推移质由冲沙闸排至下游，基本达到引清排沙的目的。

　　（二）基础参数的确定

　　1、造床流量

　　根据新疆一些成功渠首的经验，在多泥沙河流中选用平滩水位对应的流量作为造床流量，即平均每年发生多次的流量作为造床流量，宜选洪水频率为P=80%～100%。本工程选P=80%，对应流量Q=262m^{3，见表2。}

　　2、推悬比

　　通过新疆水科所对新疆山区河流推移质输沙率的研究经验，推移质输沙率约占悬移质输沙率的10～15%，本工程取15%。

　　3、推移质平均粒径

　　根据新疆较多渠首模型试验，在造床流床流量时，河床的泥沙全部处于运动状态，推移质平均粒径近似地取为渠首段河床质的平均粒径，本工程经河床质颗分曲线查得D_50=0.092m。

　　4、推移质输沙率

　　据破城子水文站实测推移质平均输沙率130.2kg。

　　（三）引水冲砂系统的设计

　　1、引水弯道设计

　　引水弯道设计的主要内容为：引水弯道尺寸的确定（包括：水面宽Bo、水流稳定纵坡J、水深h和平均断面流速V及整治段底宽B），引水弯道半径R、长度L、设计纵坡i。

　　1）、引水弯道基本尺寸确定

　　计算公式如下：

　　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：河床稳定系数，取值范围0.9～1.1，本工程选用0.98；

　　Q：造床流量，本工程选P=80%，洪水频率对应流量为262m^3；

　　n：河床自然糙率，本工程选用0.045；

　　g_{S：年平均输沙率，本工程选用130.2kg；}

　　D_{CP：河床质中值粒径，本工程为0.092m。}

　　将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）、引水弯道半径

　　为了保证弯道具有良好横向环流及水流稳定条件，本工程经模型试验验证，R=4.5Bo≈200m。

　　3）、引水弯道长度

　　为了保证渠首的引水弯道具有设计水流结构，上游引水弯道应有足够的长度，L=（5～6）Bo。本工程取L=5×Bo=5×44.3=221.5m。

　　4）、引水弯道设计纵坡

　　本工程所在河段河床平均纵坡为1120，计算的稳定纵坡大于河床平均纵坡，故本工程选用计算的稳定纵坡1112作为本工程引水弯道的设计纵坡。

　　2、冲砂槽设计

　　为进一步减少水流中人工弯道凹岸的泥沙量，在进水闸前设置曲线冲砂槽和挡沙坎。

　　1）、冲砂槽设计流量的确定

　　根据国内已建的运行效果较好的冲砂槽工程的成功经验，本工程冲砂闸设计流量选用进水闸引水流量的2倍，即Q_{槽=2×Q引=2×45=90m³}

　　2）、冲砂槽宽度

　　为利于小流量时间歇性冲砂，冲砂槽分两道，每道净宽5.5m。

　　3）、冲砂槽长度及高度的确定

　　冲砂槽总长度取进水闸闸前侧堰长度的2倍，即2×30m=60m，高度取整治段内造床流量（Q=262m^{3）时对应的水头高度，即2.5m。槽内设有一道短束水墙，长度为30m，高度1.0m。}

　　4）、冲砂槽设计纵坡

　　本工程冲砂槽设计纵坡略大于引水弯道的设计纵坡，为1110。

　　5）、冲砂槽设计流速

　　根据模型试验的结论和拟定的工程运行管理方式，在河道来水大于45m^{3，部分开启或全部开启冲砂闸，冲砂槽开始工作。本工程冲砂槽设计流速为4.3m3。}

　　6）、冲砂槽弯道半径

　　本工程弯道半径为214.6m。

　　7）、挡砂坎

　　挡砂坎亦为进水闸前的一道侧堰，呈弧线布置，转弯半径220.7m，挡砂坎高1.5m，坎前设“┓”型悬板，悬板宽1.0m。

　　四、引水防沙效果

　　经过两年运行，上游人工引水弯道环流作用明显，冲砂槽冲砂效果较好，泥沙经过人工弯道和冲砂槽的两次处理后，进入总干渠的泥沙颗粒普遍在20mm以下，再通过设在渠道上的涡管排沙设施进行第三次处理，基本解决了引水总干渠的泥沙磨蚀问题。

　　参考文献

　　1、陈树林山区河流卵石河床引水渠首上下游整治段的设计《新疆水利》编辑部1989（6）

　　2、新疆引水渠首新疆人民出版社1993年（12）

　　3、引水渠首水利电力出版社1985（2）