7.引水枢纽解析

会产生埋坝现象。
根据以上特点，在进行引水枢纽设计时，合理布置枢 纽建筑物，充分考虑泥沙对天然河道的影响，确保渠 首正常工作。
第 六 章
引 水 枢 纽
图6—3河流弯道冲淤图
第三节 引水枢纽
第 六 章 引 水 枢 纽
图6—4弯道环流原理示意图 1—表层流 2—底层流
二、弯道环流原理
天然河道都是弯曲的，对于土质河床，由于流量
引 道、电站等组成。由于工作可靠被广泛使用。 水 引水枢纽的形式亦受经济条件制约。日本在50年
枢 代的有坝渠首多为闸坝结合式渠首（即壅水坝及冲
纽
沙闸），但随着其经济发展逐步改建成对天然河流 状态无影响的拦河闸式渠首，目前多采用闸坝结合
式（泄洪闸及壅水坝，大孔口泄洪闸兼作泄洪、排
沙、排冰）进行改造原有半永久性渠首（ 壅水坝及
水 详细了解河岸的地质、地形情况、河道洪水特性、
枢 含沙量及河床变迁规律。位置选择时可按如下原则
纽 确定：
（1）根据弯道环流分沙原理，无坝渠首应设在河
道坚固、河流弯道的凹岸，以引取层较清水流，防
止泥沙入渠。设在弯道顶点以下水深最深、单宽流
量最大、环流作用最强的地方。这个地点距弯道起点
的距离（L）可按下式初步拟定。
影响渠首的正常运行。
1）对上游河道坝区的影响建坝后，上游水位抬高， 流速减小，挟沙能力减低，故河流中的推移质泥沙 淤积在上游，使河床逐渐抬高。这种淤积发展很快
有的工程在短期内将坝前淤平。坝前淤平后，失去对 主流的控制作用，进水闸处于无坝引水的工作状态， 而且由于主流的摆动，加剧了上游河岸的冲刷变形，
第 甚至使主流改道，招致工程报废。坝前淤平也使泄流 六 能力降低，回水水位亦增高。2）对下游河道的影响 章 溢流坝运行初期，上游河床的淤积，下泄的水流含沙
量减小，具有很大的冲刷力，使坝下游河床发生冲刷
引 现象。当坝前泥沙淤平后，泥沙被挟带到下游，由于 水 上游大量引水结果，下游河道流量相应减小，而含沙 枢 量增大，水流挟沙能力降低，使下游河床淤积。如果 纽 下游河道坡度较缓，这种淤积将使河床抬高。严重时
行洪滩地）。随着我国经济快速发展其拦河闸式渠 首是未来的发展方向。
第 六
2．引水枢纽的特点 （1） 无坝引水枢纽特点
章 无坝引水枢纽的优点是工程简单、投资少、施工
容易、工期短及收效快，而且不影响航运、发电及
引 渔业，对河床演变影响小。其缺点是受河道的水位 水 变化影响大，枯水期引水保证率低；在多泥沙河流
的大小是和水流流速的二次方成正比，而河道水流
流速的分布是表层大、底层小，故表层水流所受离
心力较大，并沿水深逐渐减小。因离心力的方向与
横向水位差所引起的水压力的方向相反，这
两种作用力的合力方向如图6—4（c）。在其合力
作用下，表层的水流向凹岸，底层的水流向凸岸，
从而形成横向环流，横向环流与纵向流合成为螺旋
枢 上引水时，还会引入大量的泥沙，使渠道发生淤积
纽 现象，影响渠道正常工作；当河床变迁时，一旦主
流脱离引水口，就会导致引水不畅，甚至引水口被
泥沙淤塞而报废；当从河流侧面引水时，由于水流
转弯，产生强烈的横向环流，以致引水口的上唇受
到泥沙淤积，而下唇则受到水流冲刷。
实验表明，水流转弯产生的横向环流，使大量推移 质泥沙随底流进入渠道，并随引水率（引水流量与 河道流量的比值）的增大而增大。当引水率达50%
第 状前进水流，如图6—4（a）所示。
六 章
当横向环流由上向下流动时，流速增大、含沙量较 小，当流速大于凹岸的抗冲流速时，凹岸就产生冲
引 刷。而底流流向凸岸时，含沙量大增，在岸坡处， 水 底流转而向上流动，因重力作用，流速减小而使泥
枢 沙淤积。当水流到达表层后，改变方向再流向凹岸，
纽
周而复始。这样发展的结果，凹岸便成为水深流急 的主流深槽，而凸岸则成为水浅流缓的浅滩。如凹
岸不够坚固，则会使弯道逐渐向下游移动（如图6—
3）。
根据弯道环流的特性，引水枢纽应布置在凹岸，引
取表层较清水流，有效的防止泥沙入渠，并可防止
引水口被淤积，保证引水量要求。
第 六 章
三、无坝引水枢纽布置 1．无坝引水枢纽位置选择
合理确定无坝渠首位置，对于保证正常引水减少
引 泥沙入渠起着决定性的作用，在确定位置时，必须
L （mB64—R 11）
B
第 式中m—系数，一般取m=0.8～1.0时；
六 章
B—河道设计水位时水面宽度，m； R—弯道中心半径，m。
引 当地形条件受到限制，不能把渠首布置在凹岸而必 水 须设在凸岸时，应将渠首设在凸岸中点偏上游处，该 枢 处环流较弱，泥沙较少。必要时可在对岸设置丁坝将
一、概述
1．引水枢纽的作用及类型
第 六 章
引水枢纽的作用是把河流中的水引入渠道，以满 足灌溉、发电、工业及生活用水等需要；并防止粗 粒泥沙进入渠道。引水枢纽位于引水渠道首部，又
称渠首工程。根据是否有拦河闸（坝）又分为有坝
Hale Waihona Puke Baidu引 引水枢纽和无坝引水枢纽。
水 无坝引水枢纽：它是一种最简单的引水方式，在河
枢 道上选择适宜地点开渠并修建必要的建筑物引水，
第 六 章
的随机性、地形及地质的千差万别，只有10～20% 的直线段河道能保证其在不冲、不淤的稳定状态， 而弯道均处于冲淤演变、摆动状态。其弯曲演变如 图6—3所示。
引 河流在直线段上的水深、流速及含沙量的分布是 水 比较均匀的。弯道则不然，在弯道受离心力的作用，
枢 使表层的水流向凹岸水面壅高，凸岸水面降低，形 纽 成横向比降，如图6—4（b），因水流所受离心力
纽 称无坝引水枢纽。通常由进水闸、冲沙闸、沉沙池、
河道整治建筑物及泄水排沙渠等组成。无坝引水枢
纽在大江、大河的下游或山区河流上采用较多。
有坝引水枢纽：当河道水量比较丰富，但水位较低，
不能自流灌溉；或引水量较大，无坝引水不能满足
要求时，则应修建拦河坝（闸），以抬高水位，保
第 证引取灌溉所需的流量。这种引水方式称有坝引水 六 枢纽或有坝渠首。通常由溢流坝（亦称壅水坝）或 章 拦河闸、进水闸、防沙冲沙措施、船闸、阀道、鱼
第 时，河道中的底沙几乎全部进入渠道。我国河套地 六 区的经验认为，引水率不宜大于20%～30%。 章 2．有坝引水枢纽的特点
引 其优点是引水保证率高，而且不受引水率限制。缺 水 点是工程量大、造价高，且破坏了天然河道的自然 枢 状态，改变了水流、泥沙运动的规律，尤其是在多 纽 泥沙河流上，会引起渠首附近上下游河道的变形，