红柳河渠首工程设计—水利水电毕业设计

目录

目录 (1)

1 综合说明 (3)

1.1自然地理概况 (3)

1.2水文与气象 (3)

1.3工程地质 (4)

1.4工程任务与规模 (5)

1.5工程布置与主要建筑物 (5)

1.6金属结构 (7)

1.7施工组织设计 (7)

1.8工程特性 (8)

1.9结论及今后工作意见 (9)

2水文气象 (10)

2.1流域概况 (10)

2.2气象 (10)

2.3径流与洪水 (10)

2.4泥沙 (10)

3工程地质 (12)

3.1区域地质概况 (12)

3.2渠首工程地质条件 (12)

3.3天然建筑材料 (12)

4工程任务和规模 (13)

4.1工程现状及建设的必要性 (13)

4.2工程任务 (13)

4.3工程规模 (13)

5工程布置及主要建筑物设计 (14)

5.1设计依据 (14)

5.2闸枢纽工程轴线选择及总体布置 (14)

5.3主要建筑物的设计 (21)

6金属结构 (26)

6.1闸门 (26)

6.2启闭机 (27)

6.3其他部分金属结构 (27)

7 施工组织设计 (28)

7.1施工条件 (28)

7.2施工导流及主要建筑物施工 (28)

7.3施工总进度 (29)

7.4工程统计表 (30)

谢辞 (33)

参考文献： (34)

附件一：进水闸水力计算 (35)

附件二：泄洪冲砂闸及溢流堰的水力计算 (38)

附录三：侧溢流堰的验证计算： (43)

附录四：渠道的水力计算 (45)

附录五：消力池和裙板的水力计算: (49)

附录六：泄洪冲砂闸稳定计算： (56)

附录七：冲砂闸抗滑稳定计算： (61)

附录八：上下游水面线计算及导流堤的设计及计算 (69)

附录九：闸室底板配筋计算（用弹性地基梁法） (76)

附件十：侧槽水面线及调整段的水力计算 (93)

1 综合说明 1.1 自然地理概况

红柳河位于轮台县境内天山南坡，发源于天山南麗霍拉山的索都尔别力山，流域总面积为369㎞ 2 ，出山口至河源长为36.6㎞，河源最高高程为4146.3m ，河源分布有少量永久性冰雪，流域西部分布有成片的森林，约占流域总面积的11.5%，对水源有良好的涵养、调蓄作用。 1.2 水文与气象 1.2.1 流域概况

红柳河位于轮台县境内天山南坡，属山溪性河流，来水主要由北部山区的融雪补给，兼有部分泉水补给。径流形成主要是北部山区的融雪补给。多年平均径流量2.543108 m 3，多年平均流量6.34 m 3/s 。 1.2.2 水文

红柳河属山溪性河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质较多，河床渗漏严重，洪峰大，且来势迅猛。枯水季径流占年径总流量的12%左右，夏季汛期径流量占年径总量的72%左右，最大洪峰大部分出现在7~8月份。红柳河于1985年8月发生了250 m 3/s 的洪水，1987年7月27日发生321 m 3/s 的洪水。

年径流量逐月分配表（1982~2000年）见表1-1：

表1-1 年径流量逐月分配表(1982～2000年):单位：水量108m3, 流量：m3/s

全 年径流量水量0.00780.00780.01810.04540.15090.63240.94610.42510.16850.07780.03890.0181 2.54

流量0.300.300.70 1.75 5.8224.4036.5016.40 6.50 3.00 1.500.70%

0.31

0.31

0.72

1.79

5.95

24.9337.2916.76

6.64

3.07

1.53

0.72

9月

10月

11月

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

12月

注：多年平均径流量2.543108

m 3

，多年平均流量6.34 m 3

/s 。

表1-2 不同频率的洪水流量表：

频率P （%） 0.5 1 2 3.3 5 10 20 50 75 流量Qp(m3/s)

928.8

522

319.5

310.5

270.0

168.3

82.8

45

37.8

1.2.3 气象

最大冻土深91cm ；

历年各月极大风速23m/s(发生在4月份)；

初霜10月14日，极端早霜9月14日，终霜4月9日，极端晚霜4月14日； 历年各月最高气温41.6℃(1975年7月3日);

历年各月逐旬极端最低气温–25.5℃ (1967年1月25日).

1.3工程地质

1.3.1区域地质

红柳河位于轮台县境内天山南坡，属山区河谷冲洪积层，河谷右岸为残积古河床沉积物，以漂石、卵、碎石、角砾、砾砂及少量的粉土、粉砂胶结而成，呈带状分布，胶结物为钙质，局部胶结坚硬，砾石成份以火山岩、花岗岩为主，夹少量砂岩，中—强风化表层裸露部分局部全风化，河谷左岸岩性主要为山体基岩，局部有残留的古河床残积物，其岩性与右岸相同，中—强风化。

河谷宽度为80—130m，以第四系全新统冲洪积的漂石、卵石、碎石、角砾为主。在河道内老渠首上游500米以北范围内，呈冲击扇，表层以块石碎石覆盖，粒径在10—25cm 之间，由探坑揭露，距地表40cm以内夹有微量粉土薄层厚度10—30cm不等，地层岩性以碎石角砾为主，相互混杂，砾砂填充，距地表2. 0m以下钙质胶结；在老渠首上游300～500米段范围内，河水分流，砾石粒径稍小，地下水位较高，地层岩性以碎石、卵石、角砾为主，砾砂填充，稍有泥质含量。据探井揭示，密实度属稍—中密，距表层2.5m左右，局部有较坚硬的钙质胶结层；在老渠首上游300米至老渠首闸址处，地势逐渐开阔，水流相应较缓且较分散，表层以漂石、卵碎石、角砾、砾砂覆盖，零星有直径1—2m以上的漂石，在河漫滩及低洼处淤积砾砂等小颗粒沉积物，地层岩性以角砾为主，稍湿、稍密至中密，砾砂填充，且含量较上游稍多，泥质含量稍多。

1.3.2结论

（1）红柳河重新拟建引水枢纽在老渠首枢纽上游379m处，河床宽约100m，该地层岩性以碎石、卵石、角砾为主，砾砂填充，稍有泥质含量。据探井揭示，密实度属稍—中密，距表层2.5m左右，局部有较坚硬的钙质胶结层，所以但该地工程地质条件较好，地基坚实度较密，为较好的地基持力层，将上层风化层清理之后，可以直接将建筑物建于其上。

（2）红柳河重新拟建引水枢纽，重建进水闸、泄洪冲沙闸均采用整体式钢筋混凝土结构，由于新建枢纽处距地表40cm以内夹有微量粉土薄层厚度10—30cm不等，所以工程砼用骨料（卵砾石）可由工程区内红柳河河道选取，其储量及质量均能满足设计要求。

1.4工程任务与规模

1.4.1工程现状及建设的必要性

红柳河渠首工程位于巴州地区轮台县境内天山南坡，地理位置为东经85°10′，北纬42°04′。原红柳河渠首工程始建于六十年代，为一底栏栅式引水渠首。因其位于出山口以下的河流扩散段，河床较宽，水流分散，摆动频繁，引水保证率低。由于扩散的原因，在洪水期或较大水流情况下，形成推移质泥砂大量沉积，埋没了底栏栅，无法引水。历经四十年的使用，原渠首工程老化严重，引水栏栅部分冲毁只剩不足5m，小水时栏栅难以引上水，因此决定重建红柳渠首工程。

此次改建工程是将渠首址上移，选择拦河闸坝渠首型式，改变原渠首引水能力低的状况，渠首的改建可改善现有153104亩的引水条件，又可增加33104亩的林果用水。

1.4.2工程任务

本渠首以灌溉为主兼顾部分生态供水，干渠设计引水流量为12.5m3/s，根据规划可灌溉下游东西两岸农田183104亩，

1.4.3工程等级及规模

工程等别为Ⅲ等中型，永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物的级别为4级，临时性建筑物的级别为5级。枢纽设计洪水标准为30年一遇，相应流量为310.5m3/s，校核洪水标准为100年一遇，相应流量为522m3/s。设计引水流量12.5m3/s，加大引水流量20m3/s。

根据规划灌溉下游东西两岸农田及经济林业180000亩。根据《渠首工程》，知道灌溉面积180000亩在（5～50）万亩之间，确定本工程等别为Ⅲ等，工程规模是中型。根据《水工建筑物》知道，当工程等别为三等时则对应的永久性水工建筑物中主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级。

1.5工程布置与主要建筑物

1.5.1工程选址

引水枢纽闸址选在距老渠首上游379m处，该处利于工程主要建筑物布置，河床两岸顺直利于河道束窄，以便有利于冲砂，且在左岸有微微弯道的趋势，又知道河道主流稳定于左岸，该工程选用拦河闸坝式在左岸单侧引水，所以此处有利于进水闸引水，冲沙闸冲砂。

1.5.2总体布置方案的选定

本工程作了两个方案比较。第一个方案是拦河闸式，第二两个方案是底栏栅式。经综合比较，两个方案的工程总投资相差不大，第二方案略小。本工程的第二方案底栏栅是双排廊道在左侧的底栏栅式引水渠首。底栏栅式渠首虽然构造简单，造价低廉，施工方便，且由于许多建筑物集中在一起，管理也方便，但是由于栏栅的栅隙较窄，洪水期引水如果控制的不适合在很大的程度可能发生被小石子及杂物等堵塞的现象，从而严重的影响取水效率，同时需要经常清理，而且在冬季小流量、水深浅时，栏栅易为冰屑堵塞或结冰，无法正常引水，故不宜采用。第一方案的方案一与方案二相比，第一方案具有一下优点

（1）溢流堰适合，在遭遇洪水时溢流堰承担部分泄洪任务，合理宣泄洪水，渠首枢纽前水位不易拥高，对上游整治建筑物压力较小，运行管理较为方便。

（2）上游整治段较短，整治段较窄，主河槽稳定，对引水比较好。

（3）来大洪水时由于单宽流量小，比较安全。

（4）上游整治段将河床涑窄程度较合适，具有较强的输砂能力。

（5）比较容易引水。

从安全、实用、经济等方面综合考虑，将第一个方案作为本工程的选择方案。1.5.3枢纽布置及主要建筑物

红柳河引水枢纽采用第一个方案拦河闸式布置，主要由泄洪冲沙闸、进水闸、溢流侧堰、上下游整治段、引水干渠组成。

（1）泄洪闸冲砂闸：共5孔，单孔净宽8m，闸底板高程1256.28m，设计洪水时下泻流量Q=310.9567m3/s，校核洪水时下泄流量Q=421.6449m3/s，泄洪冲砂闸下游设置裙板加深隔墙消能设施。

（2）进水闸：其轴线与泄洪冲沙闸轴线成40度角，闸前设分流导沙坎将泥沙导向两侧泄洪闸。闸底板高程为1257.48m，高出泄洪闸底板1.2m，共2孔，单孔净宽3m，设计泄流流量Q=12.5m3/s,加大流量 Q=14.375m3/s。

（3）溢流侧堰:堰长60m，首段堰高为2.81m ，堰顶的高程为1259.09m.设计洪水时下泻流量Q=18.0138m3/s，堰上水头为0.3m；校核洪水时下泻流量Q=109.63m3/s，堰上水头1m。

（4）上游整治段：

上游左岸导流堤：全长113m，堤顶平均宽度2.5m，迎水面采用300mm厚的浆砌

石护面，迎水面边坡系数1：1.5，背水面边坡系数为1：1.5，为断面梯形，基础埋深1.5m。堤顶起点高程1261.546m，终点高程1261.643m。

上游右岸导流堤：全长50m，堤顶平均宽度2.5m。迎水面采用300mm厚的浆砌石护面，迎水面边坡系数1：1.5，背水面边坡系数为1：1.5，为断面梯形，基础埋深1.5m，堤顶起点高程1261.4m，终点高程1261.61m。溢流堰在右岸，堰顶高程为1259.09m

（5）下游整治段：

下游左岸防洪堤：下游左岸从坝址到接原河堤，堤顶平均宽度2.5m，迎水面采用300mm厚的浆砌石护面，迎水面边坡系数1：1.5，背水面边坡系数为1：1.5，为断面梯形，基础埋深2m。

下游右岸防洪堤：全长165m，堤顶平均宽度2.5m。迎水面采用300mm厚的浆砌石护面，迎水面边坡系数1：1.5，背水面边坡系数为1：1.5，为断面梯形，基础埋深2m。

（6）引水干渠，本工程采用弓形渠道底宽2.5米边坡为m=1.5引水渠道总长300米，底坡为1/200，渠道首段高程为1253.07米，末端接入原渠道高程为1251.57米。

引水枢纽工程的具体布置见红柳河引水枢纽渠首工程总体平面布置图。

1.6金属结构

本工程金属结构可分为两部分，其一是闸枢纽本身即主体部件，共设泄洪冲砂闸弧形闸门5扇，配QPQ-235型卷扬式启闭机5台。进水闸平板闸门2扇，配QL—30S 型螺杆式启闭机2台。其二是附属建筑部分，即消能裙板部分。采用18号旧钢轨，长度为5米和略短于5米的钢轨交叉排列。。

1.7施工组织设计

1.7.1施工条件

红柳渠首工程位于轮台县康苏乡的红柳河上，距乡政府所在地8km处的北部山区，康苏乡政府距轮台县县城和巴州首府均为100公里。工程区有现成的简易公路通往314国道，对外交通条件较好。工程用水泥钢材均从100km外的库尔勒市运入。河道一年四季均流水，可满足施工用水。施工用电需靠柴油发电机解决，煤可由距施工区70km的阳霞地区购入。

1.7.2施工导流

本工程的导流方式用分段围堰法导流。

1.7.3施工总进度

本工程计划2012年3月开工，2013年3月底竣工，分为三个阶段：2011年3—9月为施工准备和部分工程施工阶段； 2012年1月至2012年12月为二期工程的施工阶段；2012年12月至2013年3月收尾工程及验收。

1.7.4工程统计表

工程总投资388.91926万元；其中建筑工程304.90976万元，机电设备及安装工程24.50605万元金属结构及安装工程59.50355万元。

1.8工程特性

红柳河引水枢纽的主要工程特性指标见表1—3所示

表1—3红柳渠首引水枢纽工程特性表

序号名称单位数量备注

一水文

1 水文站以上集水面积km242.435

2 利用水文系列年限年18

3 代表性流量

实测最大流量m3/s 321

调查历史最大流量m3/s 321

正常运用（设计）洪水标准及流量（P= 3.3 %）m3/s 310.5

非常运用（校核）洪水标准及流量（P= 1%）m3/s 522

施工导流标准及流量（P= 20%）m3/s 98.8

4 泥沙

多年平均含砂量kg/ m3 2.12

多年平均悬移质年输砂量万t 42.13

5 水位

枢纽上游设计洪水位m 1259.39

枢纽上游校核洪水位m 1260.09

枢纽上游设计引水位m 1258.79

二工程效益指标

灌溉面积万亩18

最大引用流量m3/s 14.375

三主要建筑物和设备

1 泄洪冲砂闸

地基特性

地震设计烈度度 6

闸底板高程m 1256.28

闸孔净宽m 40

孔数孔 5

设计过流量m3/s 310.9567

校核过流量m3/s 421.6449

消能型式裙板

弧形钢闸门扇 5

卷扬式启闭机台 5 相关容量参数

序号名称单位数量备注

2 进水闸

闸底板高程m 1257.48

进水闸闸室宽度m 9

设计引水流量m3/s 12.5

启闭机台 2 相关容量参数

3 上、下游整治段

下游左侧整治段平均宽度m 2.5

下游左侧整治段平均长度m 375

下游右侧整治段平均宽度m 2.5

下游右侧整治段平均长度m 165

4 引水干渠 1

4 溢流侧堰 1

四主要工程量

1 泄洪冲砂闸

挖方m32986.17

填方m32367.66

C25混凝土m31729.98

2 进水闸

挖方m33027.83

填方m33854

C25混凝土m3764.02

3 溢流侧堰t

挖方126

填方990

1.9结论及今后工作意见

红柳河渠首工程是以灌溉为主兼顾部分生态供水的引水工程，在满足灌溉用水的前提下，利用红柳河的水来满足生态供水，以满足经济社会发展。此举对维护当地的团结和十分重要，该工程建成以后既保证了灌溉用水又有利于经济的发展，具有较好的社会，生态和经济效益，故此工程的建成时十分的有必要，且可行。

红柳河的来水年纪变化不大，河道含砂量变化决定于降雨，冰川和积雪融化历时的长短及洪水量大小。降雨强度历时长，洪水量大，含砂也高。因此根据实际情况，汛期合理引水，泄洪排砂，确保工程安全，延长工程的寿命是本工程建成后调度运行的关键，必须十分的重视，严格来管理。

2水文气象

2.1流域概况

红柳河位于轮台县境内天山南坡，发源于天山南麓霍拉山的索都尔别力山，流域总面积为369km 2，出山口至河源河长为36.6km ，河源最高高程为4146.3m ，河源分布有少量永久性冰雪，流域西部分布有成片的森林，约占流域面积的11.5%，对水源有良好的涵养、调蓄作用。 2.2气象

摘自新疆自治区气象区的气候资料（1955～2001年）； 最大冻土深91cm ；

历年各月极大风速23m ／s 及风向SE （发生在4月份）；

初霜10月14日，极端早霜9月14日，终霜4月9日，极端晚霜4?月14日； 历年各月最高气温41.6℃（1975年7月3日）；

历年各月逐旬极端最低气温－25.5℃（1967年1月25日）。 2.3径流与洪水

年径流量逐月分配表（1982～2000年）

表2－1 年径流量逐月分配表 单位：水量108m3，流量：m3/s

全 年径流量水量0.00780.00780.01810.04540.15090.63240.94610.42510.16850.07780.03890.0181 2.54

流量0.300.300.70 1.75 5.8224.4036.5016.40 6.50 3.00 1.500.70%

0.31

0.31

0.72

1.79

5.9524.9337.291

6.76 6.64

3.07

1.53

0.72

9月

10月

11月

月份

1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

12月

注：多年平均径流量2.543108m 3

，多年平均流量6.34m 3

/s 。

表2－2 不同频率的洪水流量表（第A 组）

频率P （%）

0.5

1 2 3.3 5 10 20 50 75 流量Qp(m3/s) 928.8

522.0

391.5

310.5

270

168.3

82.8

45

37.8

2.4泥沙

河流泥砂特性：山区河流的泥砂特性与流域地貌条件、河道流经的山谷坡降、河床的地质构造及岩性有密切的关系。河道含砂量变化决定于降雨、冰川和积雪融化历时的长短及洪水量大小。降雨强度历时愈长，洪水流量愈大，含砂量也越高。目前各河流含砂量的测定主要局限于悬移质泥砂，推移质测定工作较少，大卵石的测定更少，一般用河床质取样，代表推移质的颗粒组成特性；这样，取样地点的深度、取样数量，对推移质的颗粒组成特性影响甚大。河道推移质的确定，由于目前缺少实测的资料，

采用的推移质以砂砾石为主时，其量估计为泥砂总量的10％左右；而在卵石河道上悬移质来量较小，推移质来量估计为总砂量的15~20％。

红柳河属山溪性河流，由于受塔里木盆地极端干旱气候的影响，风化作用较强，风化颗粒较大，该区域盛行山谷风，植被覆盖率很低，所以产沙量大。这就决定了红柳河在洪水期河流含沙量大，而在小水时含沙量又较少。

多年平均输沙率18.05kg/s ；

多年平均含沙量2.12kg／m3；

多年平均输沙量（悬移质）42.13万t ；

推移质量为42.13310％＝4.20万t ；

河床推移质（床砂质）颗粒（mm）组成为表2－3。

表2-3 河床质颗粒组成表

粒径（mm）卵石20—200 砾2—20

砂

0.1—2

平均粒径

d50

d5 d60 d10 最大粒径

含量（%）60 29 11 25 13 30 15 20——400

3工程地质

3.1区域地质概况

红柳河位于轮台县境内天山南坡，属山区河谷冲洪积层，河谷右岸为残积古河床沉积物，以漂石、卵、碎石、角砾、砾砂及少量的粉土、粉砂胶结而成，呈带状分布，胶结物为钙质，局部胶结坚硬，砾石成份以火山岩、花岗岩为主，夹少量砂岩，中—强风化表层裸露部分局部全风化，河谷左岸岩性主要为山体基岩，局部有残留的古河床残积物，其岩性与右岸相同，中—强风化。河谷宽度为80—130m，以第四系全新统冲洪积的漂石、卵石、碎石、角砾为主。

3.2渠首工程地质条件

在河道内老渠首上游500米以北范围内，呈冲击扇，表层以块石碎石覆盖，粒径在10—25cm 之间，由探坑揭露，距地表40cm以内夹有微量粉土薄层厚度10—30cm 不等，地层岩性以碎石角砾为主，相互混杂，砾砂填充，距地表2. 0m以下钙质胶结；在老渠首上游300～500米段范围内，河水分流，砾石粒径稍小，地下水位较高，地层岩性以碎石、卵石、角砾为主，砾砂填充，稍有泥质含量。据探井揭示，密实度属稍—中密，距表层2.5m左右，局部有较坚硬的钙质胶结层；在老渠首上游300米至老渠首闸址处，地势逐渐开阔，水流相应较缓且较分散，表层以漂石、卵碎石、角砾、砾砂覆盖，零星有直径1—2m以上的漂石，在河漫滩及低洼处淤积砾砂等小颗粒沉积物，地层岩性以角砾为主，稍湿、稍密至中密，砾砂填充，且含量较上游稍多，泥质含量稍多。

渠首地形图（1／500）；

抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.15g；

泥砂级配曲线图见设计任务说明书。

3.3天然建筑材料

渠首首址的河道中，有天然的质地良好的河卵石和足量的砂砾料，工程施工用的土石建筑材料完全可以利用当地的土产材料。河床内及附近的冲积扇，可以提供砼各种粒径的骨料，用做浆砌石的30cm以上的卵石，在河床中分布很广，质量均能满足要求，且便于采集。

4工程任务和规模

4.1工程现状及建设的必要性

红柳河渠首工程位于巴州地区轮台县境内天山南坡，地理位置为东经85°10′，北纬42°04′。其下游灌区现有灌溉面积163104亩。原红柳河渠首工程始建于六十年代，为一底栏栅式引水渠首。因其位于出山口以下的河流扩散段，河床较宽，水流分散，摆动频繁，引水保证率低。由于扩散的原因，在洪水期或较大水流情况下，形成推移质泥砂大量沉积，埋没了底栏栅，无法引水。历经四十年的使用，原渠首工程老化严重，引水栏栅部分冲毁只剩不足5m小水时栏栅难以引上水。这样的情况不仅给管理单位造成了很大的负担，每年用于水工设施的维修费用也十分高昂；且严重影响了下游农民的农田灌溉。

4.2工程任务

红柳河引水枢纽是以灌溉为主兼顾部分生态供水的引水工程，满足下游面积为18万亩农田及经济林业的灌溉要求，同时解决下游的人畜的用水要求。也为更好的利用水资源，决定在原渠首上游500m范围内重新修建红柳引水防砂枢纽工程，以满足下游灌溉及生态用水。

4.3工程规模

红柳河引水枢纽是以灌溉为主兼顾部分生态供水的引水工程，可满足下游农田灌溉面积为18万亩，属于Ⅲ等中型，永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物的级别为4级，临时性建筑物的级别为5级。

5工程布置及主要建筑物设计

5.1设计依据

5.1.1工程等别及建筑物级别

红柳河渠首枢纽工程控制灌溉面积为18万亩，设计引水流量为12.5m3/s，加大流量为14.375m3/s，且知道红柳河引水枢纽工程的主要任务是灌溉农田，由灌溉面积18万亩,定出工程等别。

根据规划灌溉下游东西两岸农田及经济林业180000亩。根据《渠首工程》，知道灌溉面积18万亩在（5～50）万亩之间，确定本工程等别为Ⅲ等，工程等别为三等的工程其规模是中型。根据《水工建筑物》知道，当工程等别为三等时则对应的永久性水工建筑物中主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级。

5.1.2洪水标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》平原区水闸洪水标准，查得3级水闸对应的洪水重现期（a），设计30～20年一遇，校核100～50年一遇。根据水文资料提供的数据，红柳河为山溪性河流，洪枯水量悬殊，洪水期推移质多，洪峰大，且来势凶猛。枯水季径流占年经总流量的12%左右，夏季汛期径流量占年经总量的72%左右，最大洪峰大部分出现在7～8月份。红柳河1958年8月发生了250m3/s的洪水，1987年7月发生321m3/s的洪水。为了安全考虑，本设计洪水重现期设计确定为30年一遇，洪峰流量为310.5m3/s，校核确定为100年一遇，洪峰流量为522m3/s。

5.2闸枢纽工程轴线选择及总体布置

5.2.1闸枢纽轴线的选择

本工程属水毁重建项目，经过熟悉地形，地质，洪水特性，含沙量及河床演变规律等情况，并考虑以下几个问题：

（1）引水口高程应满足自流灌溉的要求，并符合渠道输水输沙条件。

（2）引水口应选择在河床比较稳定，河岸比较坚实的河段。

（3）坝（闸）址所在河段的断面比较匀称,且河道水流垂直于坝轴线，以使过坝水流平顺。

（4）考虑将引水口选在弯曲河道的凹岸。

（5）在渠首的附近要有一定的场地，利于施工，管理及交通运输。

且考虑红柳河是一条风化严重的山溪性河流，且砂粒石比较多，故要选择具有一定纵坡的地方便于冲砂。综合考虑，将渠首枢纽重建在距离原渠首上游379米处。因

为此处天然河道顺直且不是太宽，闸轴线选在这一方面是可以减少适当的工程量，另一方面这里的地形有利于后期冲砂，且在此处可以很好的利于后面的天然河沟泄洪，天然河沟多偏向于右岸，而引水渠在左岸，这在一定程度上还减小了洪水对下游渠道的冲刷作用。

闸枢纽轴线及工程具体布置见红柳河渠首枢纽总体平面布置图。

5.2.2主河槽宽度、纵坡的确定

（1）主河槽宽度的确定

根据本工程所给的地形图和初拟河槽轴线可知河槽宽度约为100m。

（1）主河槽纵坡的确定

纵坡的比降以引水枢纽轴线上下各一定的距离以及对应的高程来估算。由地形图上可取泄洪闸上游高程为1257米处和下游高程为1254.9米处来定纵坡。从地形图上量得两处距离为145米。

i 1=

145

1

1下

上

?

-

?

=

145

9.

1254

1257-

=0.014

5.2.3引水设计流量加大流量的确定

由本设计资料可知本工程设计流量为12.5m3/s，,加大流量系数为10%～15%，此处取15%。因此可知加大流量=12.5*15%=14.375m3/s。

5.2.4渠首形式的选择

红柳枢纽工程具有以下特点：

（1）根据地形图可知新选枢纽处河床为宽浅式，主河槽的宽度约为30~40m，河滩平均宽度约100~120m，两岸滩地与主河槽之间的高差约为0.5~1.0m，河漫滩两边具有陡坎与河漫滩的高差约为2~4m。

（2）红柳河属于山溪性河流，来水主要由北部山区融雪补给，兼有部分泉水补给，洪枯水量悬殊大，洪水期推移质多，河床渗漏严重，洪峰大且来势迅猛，枯水期径流占全年径流的12%，夏季汛期径流量占全年径流量的72%左右，最大洪峰大部分出现在7~8月份。

（3）红柳河含沙量较大，多年平均输砂率18.05kg/s。多年平均含沙量2.12kg/m3，多年平均输沙量（推移质）42.13万吨。

（4）红柳河引水枢纽工程应满足下游灌区的灌溉用水和下游的生态用水。

新疆的渠首主要有弯道式、底栏栅式、拦河闸坝式及分层式等，根据以上红柳

河特点，综合考虑较为适用的型式为底栏栅式及拦河闸坝式。所以，本渠首工程以拦河闸坝式渠首（第一方案）和底栏栅式渠首（第二方案）作为实施方案，同时对方案做技术、经济比较，进而对渠首的形式作出选择。

方案一：

本方案为拦河闸带堰式枢纽，枢纽建筑物组成从左岸往右依次为进水闸、泄洪冲砂闸、溢流侧堰；上下游整治段、进水闸后连接渠道，各建筑物布置分述如下：1进水闸：

进水闸总设计引水流量12.5m3/s，加大流量14.375m3/s，底板高程1257.48m，由于引水干渠在河道的左岸，所以将进水闸布置在左岸，同时定其水流方向与泄洪冲砂闸的水流方向为40度夹角。

进水闸共设两孔，每孔净宽3m，闸室总宽9m，闸前设直线导砂坎，将泥沙导入右边的泄洪冲砂闸，闸后接引水干渠。

2泄洪冲砂闸：

泄洪冲砂闸布置约与水流垂直方向上，底板高程1256.28m，与原河床同高，因为其纵坡足够陡，所以不需要加高。泄洪冲砂闸设计洪水时下泻流量Q=310.9567m3/s，校核洪水时下泄流量Q=421.6449m3/s，设计洪水位为1259.39米，校核洪水位为1260.09米。由上游砼铺盖、整体式钢筋砼闸室，下游斜护坦，防冲隔墙及消能裙板组成，闸孔共5孔，每孔净宽8m。

3溢流侧堰：

溢流侧堰布置在泄洪冲砂闸的右岸，采用断面为折线形实用堰，其堰与泄洪冲沙闸水流方向大约为25度，，迎水面背水面边坡均为1：1.5，采用浆砌石护面厚度为500mm，堰顶高程为1259.09m，溢流侧堰:堰长60m，首端堰高为2.81m ，设计洪水时下泻流量Q=18.0138m3/s，堰上水头为0.3m；校核洪水时下泻流量Q=109.63m3/s，堰上水头1m。

4上游整治段：

上游整治段由上游左右岸导流堤及连接闸室与导流堤的扭面构成，左岸由长度为19m的扭面和长为94m导流堤构成，末端嵌入河岸；右岸由14m的扭面和50m导流堤构成，末端也是嵌入河岸，上游左岸的导流堤末端高程为1261.643m，靠近闸的高程定为1261.546m，上游右岸上导流堤末端的高程为1261.61m，首段为1261.4m，上游两导流堤呈36度的夹角向上游延伸，形成喇叭口收缩段。导流堤采用砂砾石填筑，

堤顶宽2.5m，迎水面边坡1:1.5采用厚300mm的浆砌石护面，基础平均埋深为1.5m，背水面边坡采用1:1.5。扭面采用直径为150——200mm卵石用C25混凝土砌筑。

5下游整治段：

左岸由直墙段，长度为14m的扭面，还有导流堤，导流堤一直接到原河堤，具体见蓝图的布置，右岸整治段由长为85m的调整段和长为70m的导流堤组成，导流堤嵌入原河岸。下游整治段两岸导流堤采用砂砾石填筑，顶宽2.5m，迎水面边坡1:1.5采用厚300mm的浆砌石护面，基础平均埋深为2m，背水面边坡也是用1:1.5。扭面采用直径为150——200mm卵石用C25混凝土砌筑。下游左岸导流堤的高程首末端一样均为1257.66m.右岸导流堤首段高程为1258.142m末端高程为1257.116m。直墙段的高程为1259.06m

方案二

本方案为底栏栅式引水枢纽。枢纽建筑物组成从左岸往右依次为引水廊道、泄洪冲沙闸、溢流侧堰；上下游整治段、引水廊道后连接引水干渠，各建筑物布置分述如下：

1引水廊道：

引水廊道总设计引水流量12.5m3/s，加大流量14.375m3/s，底板高程1254.6m，由于引水干渠在河道的左岸，所以将引水廊道布置在左岸。

引水廊道共设两排，廊道总长11m，每排净宽2m，引水廊道前设直线导砂坎，其高度为1.5m。将泥沙导入右边的泄洪冲砂闸，引水廊道后接引水干渠。

2泄洪冲砂闸：

泄洪冲砂闸布置约与水流垂直方向上，底板高程1253.1m，与原河床同高，因为其纵坡足够陡，所以不需要加高。泄洪冲砂闸设计洪水时下泻流量Q=279.86m3/s，校核洪水时下泄流量Q=371.06m3/s，设计洪水位1256m，校核洪水位为1256.6m。由上游砼铺盖、整体式钢筋砼闸室，下游斜护坦，防冲隔墙及消能裙板组成，闸孔共5孔，每孔净宽8m。

3溢流侧堰：

溢流侧堰布置在泄洪冲砂闸的右岸，其与泄洪冲沙闸水流方向成20°角，断面形式为折线型实用堰，迎水面背水面边坡均为1：1.5，采用浆砌石护面，堰顶高程为1255.5，堰长60m。设计洪水时泄流量为30.99m3/s，校核洪水时泄流量为

101.13m3/s。

4上游整治段：

上游整治段由上游左右岸导流堤及连接闸室与导流堤的扭面构成，上游整治段在闸前长度大约为84m，两堤呈38°角向上游延伸嵌入河岸，形成喇叭口收缩段，导流堤采用砂砾石填筑，顶宽2.5m，迎水面边坡1:1.5采用厚300mm的浆砌石护面，基础埋深为1.5m，迎背水边坡采用1:1.5。扭面采用直径为150——200mm卵石用C20混凝土砌筑，长度为14m。

5下游整治段：

左岸由直墙段，长度为14m的扭面，还有导流堤，导流堤一直接到原河堤，具体见蓝图的布置，右岸整治段由长为85m的调整段和长为5m的导流堤组成，导流堤嵌入原河岸。下游整治段两岸导流堤采用砂砾石填筑，顶宽2.5m，迎水面边坡1:1.5采用厚300mm的浆砌石护面，基础平均埋深为2m，背水面边坡也是用1:1.5。扭面采用直径为150——200mm卵石用C25混凝土砌筑。下游左岸导流堤的高程首末端一样均为1255.41m，右岸导流堤的高程均为1255.26m

5.2.5方案比选

一般水利工程都需要做不同的方案，经技术，经济的比较，最终确定最优的方案，确定后进行进一步的设计与施工。

1经济比较

工程造价的计算主要包括：基础清理，土方开挖，岸坡软段基的开挖，混泥土，浆砌石，土方回填，钢筋的制作与安装，启闭机，水工钢闸门（平板闸门和弧形闸门）的计算等。工程造价计算见下表5-1.通过工程造价的计算，得出方案一大概需要389万元，方案二大概需要360万元，他们两的资相差不大，从经济的比较方案一的用费稍微多一点。

2技术及管理运行的比较

方案二的渠首虽然构造简单，造价低廉，施工方便，且由于许多建筑物集中在一起，管理也方便，但是由于栏栅的栅隙较窄，洪水期引水如果控制的不适合在很大的程度可能发生被小石子及杂物等堵塞的现象，从而严重的影响取水效率，同时需要经常清理，而且在冬季小流量、水深浅时，栏栅易为冰屑堵塞或结冰，无法正常引水，故不宜采用。第方案一虽然贵但是其闸孔净宽较小，在遭遇洪水时溢流堰承担部分泄洪任务，合理宣泄洪水，渠首枢纽前水位不易拥高，对上游整治建筑物压力较小，运行管理较为方便。上游整治段较短，整治段较窄主河槽稳定，对引水比较好。游整治

段较短而且宽度较大，来大洪水时由于单宽流量比方案一中的小。上游整治段将河床涑窄程度较大，具有较强的输砂能力。

3渠首形式的确定

影响一个水利枢纽的因素有多个，主要是安全，技术，实用以及枢纽所在的一些地域特色和同类工程的经验。从安全、实用、经济等方面综合考虑，两方案的价钱相差不大的情况下，将方案一作为本工程的选择方案是比较有利的，所以本工程选择第一个方案为建设方案即是拦河闸坝式渠首。

表5-1 工程造价计算表

序号工程项目

工程量单价工程造价（元）

备注方案1 方案2 单位数量单位方案1 方案2

1 地基处理

基础清理1000.0 646.0 m311.5 元/m311500.0 7429.0 外用0.5公里

土方开挖6140.0 7595.0 m311.5 元/m370610.0 87342.5 外用0.5公里

2 岸坡段软基开挖1247.4 1126.9 m336.6 元/m345654.8 41244.5 挖甩，不运

3 C25混凝土2494.0 2113.0 m3460 元/m31147240.0 971980.0 闸墩，交接处的连接

4 C25钢筋混凝土651.4 560.3 m3690 元/m3449438.4 386607.0 钢筋混凝土底板

5 M10浆砌石2190.3 1884.0 m3320 元/m3700886.4 602867.2 扭面、护坡

6 土方回填及碾压14617.3 23086.

7 m318.5 元/m3270420.4 427104.0 含翻晒

7 钢筋制作及安装12.1 10.4 T 8700 元/T 105183.0 90480.0

8 启闭室造价471.1 394.5 m2750 元/m2353347.5 295875.0

9 水工钢闸门

平板闸门 3.4 T 13000 元/T 53040.0 0.0 安装费用加20%

弧形闸门24.1 24.1 T 14500 元/T 436812.5 436812.5 安装费用加25%

10 启闭设备

螺杆式启闭机13248.0 13248.0 安装费用加20%

卷扬式启闭机231812.5 231812.5 安装费用加25%

11 合计3889193.6 3592802.2

20

20