渠系建筑物-渠道（水工建筑物课件）

渠系建筑物设计都江堰（渠首枢纽）红旗渠（渠道）旗岭（渡槽）赵州桥（桥梁）

先明峡（倒虹吸）将军山渡槽渠道渡槽倒虹吸管设计跌水与陡坡桥梁本项目包括以下教学内容：渠系建筑物设计倒虹吸管设计（1）能渠道布置，会选择渠道横断面型式及确定渠道横断面尺寸（2）能正确选择渠首型式并能进行简单渠首工程的布置（1）掌握渠系的组成与布置（2）掌握渠道纵横断面确定的方法（3）掌握无坝、有坝渠首的类型、组成及各建筑物的作用（1）按时到课，遵守课堂纪律，积极回答问题；（2）认真练习布置任务，按时上交作业；（3）认真完成预习任务。知识目标技能目标态度目标2.渠道纵横断面设计3.取水枢纽的类型、工作特点4.无坝引水枢纽的布置5.有坝引水枢纽的布置6.案例训练7.课堂小结与训练点评1.渠系的组成及布置为了安全合理地输配水量以满足农田海溉、水力发电、工业及生活用水的需要，在渠道(渠系)上修建的水工建筑物，统称渠系建筑物。一个灌区内的灌溉或排水渠道，一般分为干、支、斗、农四级，构成渠道系统，简称渠系。配水建筑物：交叉建筑物：落差建筑物：跌水、陡坡渡槽、倒虹吸管、涵洞等节制闸、分水闸等量水建筑物：量水堰、量水槽防洪冲砂建筑物：沉沙池、排沙闸泄水闸或退水闸便民利民建筑物：农桥韶山灌区三湘分流四川都江堰水利取水枢纽南水北调渠道工程韶山灌区位于湖南省湘江中游丘陵地区，是一个以灌溉为主，兼顾发电、防洪、航运、供水及养殖等综合效益的大型水利工程。灌区涉及湘乡、韶山、湘潭、宁乡、双峰、望城及雨湖等7个县（市、区），设计灌溉面积100万亩。（1）确定干渠断面水力要素；（2）绘制典型横断面图。八斗溪干渠受益耕地面积1.2万亩，设计流量Q=1.0m3/s。渠底设计比降为1/1000，C15砼衬砌，渠道糙率n值平均采用0.017。坡系数取m=1.0。

渠首为有坝取水枢纽，河床底部高程为88m，进水闸前设计正常水位为92.5m，水源含沙量不大。训练内容：《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99

设计依据：干渠冲砂闸进水闸排沙渠节制闸支渠斗渠支沟斗沟农沟农渠干沟泄水闸容泄区拦河坝干、支渠：输水作用斗、农渠：配水作用渠道线路的选择断面形式和尺寸的确定渠道的防渗设计渠道设计1.尽量直，转弯不应过急,R大于或等于5倍渠道正常水面宽；渠道线路选择是渠道设汁的关键，可结合地形、地质、施工、交通等条件初选几条线路，通过技术经济比较，择优选定。首选半挖半填渠道断面避免深挖方渠道断面避免高填方渠道断面

渠道布置考虑因素:（一）地形条件2.避免深挖高填，挖填平衡;八斗溪干渠4.方案优选：遇山岭，用深挖？绕线？还是隧洞；遇山谷，高填、渡槽或倒虹吸管。（二）地质条件1.避开渗漏、流沙、泥泽、滑坡地带；2.措施：防渗、绕开、衬砌。（三）施工条件交通、水和动力、场地、取土和弃土（四）管理要求行政区划、土地规划渠道断面设计应满足以下要求：①满足流量及水位要求；②边坡稳定，工程量少；③渗漏损失小，施工方便；④综合利用八斗溪干渠受益耕地面积1.2万亩，设计流量Q=1.0m3/s。C15砼衬砌，渠道糙率n值平均采用0.017。渠线土体边坡稳定性较差，边坡系数取m=1.0。要求确定渠底设计比降I(纵断面设计)；渠道的底宽和水深(渠道横断面设计)。（一）设计流量Q设定义：设计年份灌水期间通过的最大流量。即正常工作条件下通过的流量，因而设计流量也叫正常流量。（二）最小流量Qmin定义：当需要对种植面积较小或灌水定额较小的作物供水时或水源水量不足时，渠道通过的最小流量。

Ｑmin＝(40~50%)Q设作用：确定渠道设计断面（纵坡、底宽、边坡、设计水深）和渠系配套建筑物的主要依据。

定义：确定渠顶高程。作用：考虑到灌区可能扩大种植面积或改变种植计划，要求通过比设计流量更大的流量。Ｑmax＝(1.1~1.35)Q设

（一）基本公式（明渠均匀流）

式中：

w-过水断面面积；

c-谢才系数；

R-水力半径；

i-渠底比降。渠道的横断面的底宽b和水深h按接近水力最佳断面的宽深比确定。

=？=？八斗溪干渠受益耕地面积1.2万亩，设计流量Q=1.0m3/s。渠底设计比降为1/1000，用C15砼衬砌，渠道糙率n值平均采用0.017。渠线经过地段土体边坡稳定性较差，边坡系数取m=1.0。试进行渠道横断面设计。过水面积w湿周X渠道横断面设计计算表地面线水力最优断面工程量小，小型渠道和石方渠道可采用。对大型渠道，窄深式的水力最优断面开挖深度大，施工困难，劳动效率低。因此，大型渠道常采用宽浅断面。水力最优断面不一定是最优设计断面。

最优设计断面宽深比：当Q<1.5m3/s时，（N=2.35~3.25，一般采用2.8）当Q=1.5~50m3/s时，Q为流量，m为边坡系数。填方渠道横断面填方断面挖方渠道横断面挖方断面半挖半填断面渠道的横断面型式在土基上一般为梯形，边坡坡比为1:1~1:2，具体因土质情况和开挖深度或填筑高度确定；在岩基上接近矩形。原地面线原地面线原地面线原地面线土基土基岩基岩基式中：B分

—分水口的水位高程（m）。

A0—渠道控制范围内的地面参考点高程（m）（重点选取确定）。

h—所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差。

l—各级渠道长度（m）。

i—各级渠道的比降，一般来说山区渠道较大，平原区渠道较小；渠道由高一级至低一级渠道越来越陡。

ф—水流通过渠系建筑物的水头损失。

纵断面图的绘制步骤：1.绘制地面高程线；2.绘制设计水位线；3.绘制渠底高程线；4.绘制最低和最高水位线；5.绘制堤顶高程线；6.标出建筑物的位置和型式；7.标出桩号和高程；8.标出挖深和填高；9.标注渠道比降。渠道纵坡i、正常水位线、最低水位线、渠底线、最高水位线和堤顶高程线。满足自流灌溉水位要求。渠道纵坡i地面坡度：平行线接近地质情况：易冲刷—缓；地质好—陡流量：大—缓；小—陡水流含沙量：沙量小—缓；大—陡地面高程线设计水位渠底高程线最小水位堤顶高程线

将渠系纵断面的水位由下而上算至每级渠道的进口，从而推出干渠渠首所需水位，与水源高程比较。再与横断面结合，统盘考虑。纵横断面设计交替进行、反复调整，最后确定合理的设计方案。渠道纵断面和横断面的设计是互相联系、互为条件的。

验算流速，使设计流速在不冲流速和不淤流速之间。

（1）减少渠道渗漏损失。(一)渠道防渗工程措施的作用：（2）提高渠床的抗冲能力，防止渠坡坍塌。

（3）减小渠床糙率系数，提高渠道输水能力。（4）减少渠道渗漏对地下水的补给，有利控制地下水位和防治盐碱化。（5）防止渠道长草，减少泥沙淤积，节省工程维修费用。现浇砼防渗预制砼防渗塑料薄膜防渗

沥青材料防渗

砼衬砌防渗、砌砖防渗、砌石防渗、土料防渗、塑料薄膜防渗、沥青村料防渗。防渗结构应根据当地的气候、地形、土质、地下水位等自然条件，渠道大小、输水方式、防渗标准、耐久性等工程要求，水资源条件、地表水和地下水结合运用情况，土地利用、材料来源、劳力、能源及机械设备供应情况等社会经济和生态环境因素，按照规范(SL18-2004)《渠道防渗工程技术规范》规定，进行技术经济论证选定。2.类型

1.作用：引水、防沙（2）有坝引水：水量比较丰富，水位较低，或引水量较大，需拦河筑坝，雍高水位，保证引取灌溉所需流量。（1）无坝引水：水位和流量都

满足要求，不修拦河坝

（闸），从侧面引水。（1）弯道环流原理（2）表层取水，底层排沙（底部冲沙廊道式）（3）壅水沉沙（沉沙槽式）（4）滤沙取水（底栅式）三、取水枢纽的工作特点（2）有坝取水：1）壅水坝上游的淤积问题2）壅水坝下游的初期冲刷、后期淤积问题（1）无坝取水：受河水涨落、泥沙淤积及河床变迁的影响大解决办法：1）合理选择渠首位置；2）正确处理取水与排沙的关系；3）必要的河道整治。应综合考虑地形、地质、洪水特性、含沙量及河床演变规律等（1）水量保证。（2）有效的防砂和防漂浮物措施，防止泥沙淤积渠道。（3）对综合利用的渠首工程，保证渠首各建筑物的正常运行，互不干扰。（4）对渠首上下游河道进行整治，维持河床稳定，保证取水口引水顺畅。（5）便于管理。五、渠首工程设计应满足以下要求：六、渠首工程等级划分：无坝取水渠首工程等级按灌溉面积的大小进行确定，有坝取水渠首工程等级按SL252-2000《水利水电工程等划分及洪水标准》确定。无坝取水布置较为简单，施工易工期短，但取水口一般距灌区较远，需建较长干渠和渠系建筑物；不能控制河道的水位和流量，枯水季节引水保证率低。取水口易受河床演变的影响。一、特点：根据河流弯道的水流特性，无坝渠首应设在河岸坚固、河流弯道的凹岸，在凹岸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，以引取表层较清水流，防止泥沙入渠。式中m——实验系数（一般取0.8）；B——河道水面宽；R——弯道中心线半径取水口应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（一）一首制渠首（1）位于弯道凹岸的渠首（2）引水渠式渠首（3）导流堤式渠首

适用：河岸稳定、引水位置好的情况。

山东打渔张渠首布置示意图引水渠拦沙坎进水闸西沉沙条渠东沉沙条渠黄河1.优点：取水口建在弯道的凹岸顶点偏下，引表层水，排走底沙；(1)位于弯道凹岸的渠首

2.组成：拦沙坎、进水闸、引水渠、沉沙池等建筑物；3.引水角：一般30°～50°为宜；4.拦沙坎的作用：防泥沙入渠，高出渠底0.5~0.8m，与水流的夹角<901.特点：有较长的引水渠、进水闸远离河岸。2.组成：引水渠、进水闸、拦沙坎及冲沙闸3.布置要求：可将引水渠加宽兼作沉砂渠，在沉砂渠的末端，按“正面引水、侧面排砂”的原则布置进水闸和冲砂闸。

进水闸冲沙闸进水闸导流堤式取水工程（a)正面取水，侧面排沙布置示意图；（b）正面排沙，侧面取水布置示意图导流堤(a)(b)30°～40°10°～20°1.特点：山区河流，Q引较大时，设导流堤

3.导流堤的作用：抬高渠水口水位，使水流平顺地进入进水闸4.布置要求：（a）导流堤与主流方向的夹角α为10°～20°；（b）泄水冲沙闸底板高程与河底相平或略低；（c）进水闸底板高程应比引水河床高出0.5～1.0m。导流堤特点：适用：

不稳定的多泥沙河流上，尤其是山区性河流。当一个引水渠发生淤堵，可用其他，互相轮流清淤，保证灌区的输水量。有两个以上的引水渠，轮流清淤，输水，保证灌区不致停水。

无坝取水渠首上下游河道要定期进行整治，以防河道演变，河道演变影响取水口正常工作，泥砂增多影响进水。当河床不稳定时，河流主流会远离取水口，取水得不到保证，严重时会因取水口淤积取不到水。无坝取水名例——都江堰水利工程

都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。2200多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，李冰治水，功在当代，利在千秋，不愧为文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。都江堰如今的实际灌溉面积超过一千万亩。一、组成

上游：建坝后产生泥砂淤积。淤平后，溢流堰相当于宽顶堰，泄流能力降低。下游：分为两个阶段，运用初期水流冲刷下游河床使之产生冲坑。泥砂淤平上游后，泥砂被挟到下游，淤塞下游河床。

壅水坝（拦河闸）、进水闸、防沙设施（沉沙槽、冲沙闸、冲沙廊道及拦污栅等）、其它专门建筑物在多泥沙河流上二、有坝取水对上下游河床的影响（1）河床稳定地段（弯道河流上选在凹岸，顺直河段选在主流靠近河岸的地方）；

（2）河岸坚固、高度适宜的地方；（3）河道宽窄适宜；（4）坝址地质条件较好；（5）有支流汇入时，宜选在支流汇入处下游，以免渠首受支流泥砂的影响，也可放下游，但必须考虑相互影响；（6）尽可能照顾到上下游原有水利工程的效益。（1）沉沙槽式渠首(印度式)（2）人工弯道式渠首

（3）底栏栅式渠首（4）底部冲沙廊道式渠首（5）两岸引水式渠首（6）隧洞（或引水渠）式渠首（7）沉砂池式渠首（一）沉沙槽式渠首（印度式）1、特点：侧引正排2、组成：壅水坝（拦河闸）、进水闸、沉沙槽冲沙闸、导水墙3、优点：构造简单、施工方便等。4、缺点：入渠泥沙多（横向环流），壅水坝前的淤积问题是目前用得最多的一种取水方式。溢流坝,坝顶可设或不设闸门平板门、弧形门、自动翻版闸门橡胶坝拦河闸弧形闸门自动翻板闸门橡胶坝（4）沉沙槽：导水墙平面形状多为喇叭口。与进水闸翼墙共同形成沉沙槽，宽度与冲沙闸的宽度相同，底板高程低于进水闸1.0～1.5m。（5）防洪堤：通常在溢流坝上游，减少上游淹没。（2）进水闸：控制引水流量，引水角一般约为45°；底板高程高出沉沙槽底板1.0～1.5m；（3）冲沙闸：冲刷沉沙槽内泥沙及渲泄部分洪水，增加冲沙效果和控制流向，与河道水流方向夹角15°，引水防沙效果较好；（6）导水墙：位于冲砂闸与坝连接处，与进水闸的上游翼墙共同组成沉沙槽，用以沉淀泥砂避免进入渠道，当开启冲砂闸时，将泥砂冲走。在沉沙槽内建分水墙和导砂坎。分水墙长度和导水墙长度一致，间距同冲砂闸闸孔宽，高度为闸前水深的1/2~2/3，导砂坎布置在沉砂槽入口处，一般为1~2道，与水流方向成30~40度夹角，断面为直角梯形，高度为沉砂槽水深的1/4。（1）增设分水墙和导砂坎。（2）引水角采用锐角，减少环流作用，渠道进砂较少。（3）采用弧形沉沙槽。将沉沙槽平面形状改为弧形，并设分水墙和导砂坎以增强排砂效果。（4）建拦河闸挡水。因为对上游的淤积，常用拦河闸来代替溢流坝，既可蓄水灌溉，又可开闸泄水排砂，能灵活地调节水位和流量、并能借闸门的开关来调整河道主流方向，使取水口始终能保持良好引水条件。（5）在溢流坝和冲砂闸间加一段导流堤。7、闸门的运行管理当河道流量较大时，进水闸与冲砂闸同时开启；当流量较小时，引水时关闭冲砂闸，冲砂时关闭进水闸，以防粗砂入渠。冲砂完毕先开进水闸再关冲砂闸。1、特点：

2、组成：人工弯道、进水闸、冲沙闸、泄洪闸、下游排沙道

（1）人工造成弯道，利用弯道环流原理取水排沙；（2）正引侧排

3、设计关键：洪水期能否在弯道内产生横向环流，平时弯道内能否保持输沙流速。

人工引水弯道是渠首主要建筑物，形成稳定的横向环流，以利引水排砂。

进水闸在引水弯道顶点稍下处，使表层水流平顺流入。

冲砂闸在引水弯道凸岸侧，用于冲砂。

泄洪闸在引水弯道进口处河床上，泄洪兼作排砂。

下游河道整治段防止下游水流冲刷河岸。

沉砂池在进水闸后的适当位置设置。

一般引水弯道曲率半径应大于弯道宽度的3倍。（新疆这种布置较多）

进水闸和冲砂闸的开启顺序对稳定主流方向控制泥砂淤积有一定影响。开进水闸时，先从开启靠近冲砂闸的一孔开启进水闸；开冲砂闸时，先从开启靠近进水闸的一孔开启冲砂闸。关闭时相反。1、定义

在含有较多大颗粒推移质和比降较陡的山溪性河道上，为引水防砂，溢流坝为低槛式，引水廊道设在坝内，廊道顶盖有拦栅，当河水从坝顶溢流时，一部分或全部水流经过拦栅进入廊道，然后由廊道的一端流入渠道。2、布置渠首的位置一般选在峪口以上，河道顺直、河面窄深、水流集中及地质条件较好的河段。拦栅坝的轴线与水流正交，使水流平顺而均匀地流入。3、特点：（1）靠栏栅滤沙净水；

（2）侧引正排4、组成：底栏栅坝、溢流堰、泄洪冲沙闸、导沙坎、上下游导流堤（四）底部冲沙廊道式渠首根据水流泥砂沿深度分层原理，进水闸取表层水，含砂量较多的底流经冲砂廊道排到下游。一般用于缺少冲砂流量的河流。要求坝前水位有一定的雍高，形成较大水头，使廊道产生冲砂流速。可减少入渠泥砂，引水和排砂可以同时进行，互不干扰，但冲砂流量较大，建筑物结构复杂。（1）表层引水，底层排沙；（2）边引水边冲沙2、组成：3、型式：（1）侧面引水问题：上唇易淤，需增设廊道（2）正面引水拦河闸（壅水坝）、进水闸、冲沙廊道等喀拉喀什河渠首属二级建筑物，位于和田市西南27公里处，1984年开工，1988年竣工。

该渠首是一座拦河悬板分层式引水枢纽工程，具有引水、泄洪、排砂等综合效果。渠首采取正面泄洪，底层排砂，上层侧向引水形式。设有泄洪闸6孔，总宽度67.5m，设计流量500m3/s。两岸进水闸共3孔，每孔宽10m。其左岸(墨玉县)2孔,右岸(和田县)1孔，设计引水流量分别为120和50m3/s。闸门启闭由电脑自动控制。喀拉喀什河渠首担负着两岸近90万亩耕地的灌溉和数十万人畜用水的引水任务。2、型式：（1）溢流坝两端建有沉沙槽式枢纽（2）拦河闸式两岸引水枢纽（3）斜坝式两岸引水枢纽1、特点

：同时满足两岸取水要求3、问题：常有一岸取水口被泥沙阻塞4、解决方法：（1）一岸引水，输水过河；（2）以拦河闸代替壅水坝这种布置一般适用于稳定的河道或河床较窄、河水满槽的情况，或河道水量丰富，有足够的冲沙流量，使两岸取水口前的河床均能借冲沙闸形成深槽，保证引水畅通。新疆塔里木拦河闸式两岸取水枢纽平面布置图北岸进水闸南岸进水闸拦河闸苏河克阿导流堤水文测桥新疆卡群两岸取水枢纽布置示意图1－东岸进水闸；2－泄洪闸；3－悬臂式导沙坎；侧堰溃坝段溢流堰导流堤护岸工程潜坝123456这种枢纽是结合河流的弯曲形式将溢流坝倾斜布置，除溢流外，还起导流作用，使河道形成S形河弯。两岸进水