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摘 要：金沟河水利枢纽工程于1962年投入运行，受地形限制，总体工程纵坡较大，流速快，实行粗放的管理模式。随着社会不断进步，现代水利工程管理已经迈向高、精、细的发展方向，此时就必须对局部重点工程进行改造或更新。本文主要对梯形消力池在干渠上的应用进行阐述，对某些有相似特性水利工程具有良好的示范效应和推广作用。
关键词：梯形消力池；设计；效果
一、工程概况
金沟河位于新疆塔城地区沙湾县境内，源头发自天山北坡依连哈比尔尕山，河流自南向北，流经山区、冲洪积平原区，流入尾闾玛纳斯湖。金沟河总干渠6#节制闸闸室2孔，单孔净宽2.5米，洪水期正常过闸流量10m3/s，最大过流量13m3/s，闸后渠道纵坡1.315%，距闸200米处有一水管二站与水管三站分水的控制断面。闸后控制断面水流流速在用水高峰期达7米/秒，偏流现象严重，增加了控制断面测流的难度和精度，不利于量水工作的开展。为了防止渠道遭受冲刷，降低渠道水的流速，提高水的计量精度，必须降低控制断面的渠道比降。消力池是灌溉工程渠系中常见消能建筑物。
二、消能选型
由于渠道纵坡较大，采用消力坎的方式和普通跌塘消能方式都会存在很多不利因素。梯形消力是利用节制闸后扩散段有利地形，避开缺点，是把渠道消能和测流断面整治结合起来一种很好的建筑物，具有以下优点：
（一）可减去辅助消能工
消力池中的辅助消能多为跐墩、消能墩或二者结合的方式，一般加于消力池跌塘末端。辅助消能工适用于消力池跌塘深度较小，水跌有越出跌塘外趋势时，或水舌入水宽度较小，在跌塘中形成折冲水流而且引起下游水位的剧烈波动的情况。梯型消力池入水宽度较大，消力池长度可延渠道纵向较长布置，消能效果明显，可减去二级消能设施或辅助消能工，施工简单，可减少工程投资。
（二）梯形消力池工程造价低
从上面的消力池跌塘深度确定的公式中可以看出，单宽流量越小，跌塘深度越小。由于梯形消力池进口处断面较宽，从而降低单宽流量q，使跌塘深度减小，从而降低了整个消力池的高度，使工程量減少，节约了工程投资。另由于消力池两侧采用上部梯形，下部矩形的复合式断面，断面尺寸较小，也节约工程量，降低工程造价。
（三）冻胀破坏较小
在北方高寒地区，水利工程设计都有防冻胀要求。梯形消力池由于设计高度较底，以及两侧采用复合断面，减少了建筑物与周边土方的接触面积，从而可以减轻冻胀破坏。另外，顺接渠道，美观效果较好。
三、梯形消力池的布置与设计
从下图可以看出，梯形消力池利用节制闸后扩大断面，按原渠道断面形式布置。消力池后渠道底宽2米，渠深1.8米，渠道纵坡0.2%，边坡系数1.5。消力池上下游截水墙采用跟原渠道断面相同重力式立墙，为了防止不均匀沉降导致截水墙底部断裂，在截水墙渠底面层处进行配筋配处理。
高速水流携带的泥沙对上游截水墙的磨损很大，可在同渠底表面相平处可采用铸铁和橡胶衬砌。水流跌落到消力池底部，泥沙、乱石冲刷严重，可采用橡胶轮胎衬砌，成鱼鳞状布置。两侧断面采用复合式断面，渠底高程以下部分为矩形，立墙式，渠底以上部分为梯形，边板式，边坡系数同上下渠道边板相同，以便顺接。为了防止边板的冻胀破坏后滑落，边板应插入立墙顶下面一定深度，增强边板的稳定性。消力池出口处由于断面的束窄，会产生一定雍水，出口断面渠道应进行加高，超高部分可按v2/2g公式确定。
金沟河梯形消力池设计流量13m3/s，通过以下几式计算出消力池跌塘深度与长度。
①上下游水位的确定：经明渠均匀流公式计算确定上游水深0.45米，下游水深1.22米。
②消力池跌塘深度的确定：
通过上面三式联解确定跌塘深度0.70米，考虑橡胶护底0.1米，设计跌塘深0.8米。
③消力池跌塘長度的确定：
通过上面公式计算确定跌塘长度8.71米，为了利用现有地形顺接，设计跌塘长度15米。
四、梯形消力池的消能效果
（一）消能明显
梯形消力池在金沟河灌区6#闸后渠道改建中得以应用，闸后有一流量控制断面，控制断面在消力池后70米处，对修建消力池前后的实际测流资料进行对比分析，在同流量情况下，改建前后流量与流速对照表中可以看出。在洪水期正常运行流量10m3/s情况下。修建消力池前流速5.30m/s，改建后流速2.92m/s，降低了多少45%，从而可以看出梯形消力池有很好的效能效果。
（二）消除了闸孔出流后的偏流影响
一般节制闸由多孔闸门组成，在实际工程运行管理中，闸门不对称启闭现象较多，从而使闸孔出流后的偏流现象严重，对控制断面的测量精度影响很大。
修建消力池前金沟河6#闸后测流断面资料显示，渠道流量大于6.5m3/s时，测流断面出现偏流现象。梯形消力池修建后，能量和偏流现象在消力池中得以消除，控制断面实测资料显示，没有偏流现象出现，测流断面处水流平稳。
五、结语
六十年代所建成的水利工程，与当时的思维和知识水平相匹配，进入二十一世纪后，这些水利枢纽工程都成了病险工程，不利于现代化管理，必须要有针对性改造或改建。金沟河在重点测控断面增加了梯形消力池后，降低了流速，消除了测控人员的安全隐患，消除了偏流现象，提高了管理精度，消除了不同单位对用水量的扯皮现象，提高了流于灌流于管理能力。
作者简介：
张志刚（1972-），男，湖北人，本科，新疆水利厅金沟河流域管理局技师，主要研究方向：农田水利。
关键词：梯形消力池；设计；效果
一、工程概况
金沟河位于新疆塔城地区沙湾县境内，源头发自天山北坡依连哈比尔尕山，河流自南向北，流经山区、冲洪积平原区，流入尾闾玛纳斯湖。金沟河总干渠6#节制闸闸室2孔，单孔净宽2.5米，洪水期正常过闸流量10m3/s，最大过流量13m3/s，闸后渠道纵坡1.315%，距闸200米处有一水管二站与水管三站分水的控制断面。闸后控制断面水流流速在用水高峰期达7米/秒，偏流现象严重，增加了控制断面测流的难度和精度，不利于量水工作的开展。为了防止渠道遭受冲刷，降低渠道水的流速，提高水的计量精度，必须降低控制断面的渠道比降。消力池是灌溉工程渠系中常见消能建筑物。
二、消能选型
由于渠道纵坡较大，采用消力坎的方式和普通跌塘消能方式都会存在很多不利因素。梯形消力是利用节制闸后扩散段有利地形，避开缺点，是把渠道消能和测流断面整治结合起来一种很好的建筑物，具有以下优点：
（一）可减去辅助消能工
消力池中的辅助消能多为跐墩、消能墩或二者结合的方式，一般加于消力池跌塘末端。辅助消能工适用于消力池跌塘深度较小，水跌有越出跌塘外趋势时，或水舌入水宽度较小，在跌塘中形成折冲水流而且引起下游水位的剧烈波动的情况。梯型消力池入水宽度较大，消力池长度可延渠道纵向较长布置，消能效果明显，可减去二级消能设施或辅助消能工，施工简单，可减少工程投资。
（二）梯形消力池工程造价低
从上面的消力池跌塘深度确定的公式中可以看出，单宽流量越小，跌塘深度越小。由于梯形消力池进口处断面较宽，从而降低单宽流量q，使跌塘深度减小，从而降低了整个消力池的高度，使工程量減少，节约了工程投资。另由于消力池两侧采用上部梯形，下部矩形的复合式断面，断面尺寸较小，也节约工程量，降低工程造价。
（三）冻胀破坏较小
在北方高寒地区，水利工程设计都有防冻胀要求。梯形消力池由于设计高度较底，以及两侧采用复合断面，减少了建筑物与周边土方的接触面积，从而可以减轻冻胀破坏。另外，顺接渠道，美观效果较好。
三、梯形消力池的布置与设计
从下图可以看出，梯形消力池利用节制闸后扩大断面，按原渠道断面形式布置。消力池后渠道底宽2米，渠深1.8米，渠道纵坡0.2%，边坡系数1.5。消力池上下游截水墙采用跟原渠道断面相同重力式立墙，为了防止不均匀沉降导致截水墙底部断裂，在截水墙渠底面层处进行配筋配处理。
高速水流携带的泥沙对上游截水墙的磨损很大，可在同渠底表面相平处可采用铸铁和橡胶衬砌。水流跌落到消力池底部，泥沙、乱石冲刷严重，可采用橡胶轮胎衬砌，成鱼鳞状布置。两侧断面采用复合式断面，渠底高程以下部分为矩形，立墙式，渠底以上部分为梯形，边板式，边坡系数同上下渠道边板相同，以便顺接。为了防止边板的冻胀破坏后滑落，边板应插入立墙顶下面一定深度，增强边板的稳定性。消力池出口处由于断面的束窄，会产生一定雍水，出口断面渠道应进行加高，超高部分可按v2/2g公式确定。
金沟河梯形消力池设计流量13m3/s，通过以下几式计算出消力池跌塘深度与长度。
①上下游水位的确定：经明渠均匀流公式计算确定上游水深0.45米，下游水深1.22米。
②消力池跌塘深度的确定：
通过上面三式联解确定跌塘深度0.70米，考虑橡胶护底0.1米，设计跌塘深0.8米。
③消力池跌塘長度的确定：
通过上面公式计算确定跌塘长度8.71米，为了利用现有地形顺接，设计跌塘长度15米。
四、梯形消力池的消能效果
（一）消能明显
梯形消力池在金沟河灌区6#闸后渠道改建中得以应用，闸后有一流量控制断面，控制断面在消力池后70米处，对修建消力池前后的实际测流资料进行对比分析，在同流量情况下，改建前后流量与流速对照表中可以看出。在洪水期正常运行流量10m3/s情况下。修建消力池前流速5.30m/s，改建后流速2.92m/s，降低了多少45%，从而可以看出梯形消力池有很好的效能效果。
（二）消除了闸孔出流后的偏流影响
一般节制闸由多孔闸门组成，在实际工程运行管理中，闸门不对称启闭现象较多，从而使闸孔出流后的偏流现象严重，对控制断面的测量精度影响很大。
修建消力池前金沟河6#闸后测流断面资料显示，渠道流量大于6.5m3/s时，测流断面出现偏流现象。梯形消力池修建后，能量和偏流现象在消力池中得以消除，控制断面实测资料显示，没有偏流现象出现，测流断面处水流平稳。
五、结语
六十年代所建成的水利工程，与当时的思维和知识水平相匹配，进入二十一世纪后，这些水利枢纽工程都成了病险工程，不利于现代化管理，必须要有针对性改造或改建。金沟河在重点测控断面增加了梯形消力池后，降低了流速，消除了测控人员的安全隐患，消除了偏流现象，提高了管理精度，消除了不同单位对用水量的扯皮现象，提高了流于灌流于管理能力。
作者简介：
张志刚（1972-），男，湖北人，本科，新疆水利厅金沟河流域管理局技师，主要研究方向：农田水利。