新疆地处我国西部,其所具有独特的地形地貌特征,河流又多属于山溪性河流,河道来流流量较小、泥沙含量较高,有时出现水少沙多的现象,形成了不同于内地其他地区河流水沙特性。只要从河流中引水,泥沙问题不可避免,特别在新疆多沙河流上显得异常突出,引水枢纽能否发挥其应有功能,取水水量、取水水质能否达到要求等问题,成败的关键因素在于河流中泥沙的处理是否得当。只有充分掌握和认识引水枢纽泥沙输移规律,才能在引水枢纽结构布置和管理调度上具有一定的合理性和科学性,如何降低泥沙对引水枢纽工程的危害是历年来新疆水利工程建设和管理所面临的棘手问题。本文以金沟河原弯道式(费尔干式)渠首引水防沙原理和枢纽现存的主要问题进行阐述,同时以金沟河引水枢纽重建工程为例,得到相关研究成果。研究内容和成果如下:(1)金沟河渠首枢纽三级防沙系统采用立面上多层次的防沙排沙设施和平面上的多级防沙排沙设施相结合,引水防沙效果好,泥沙排出率较高,运行灵活。(2)金沟河渠首枢纽面临的主要问题为建筑物及金属结构老化、闸前弯道过宽,弯道环流微弱、泥沙淤积等问题。(3)经过对闸址位置、引水枢纽型式、上坝坝型、下坝坝型比选,工程位置选在原闸址,引水枢纽型式为内外库引水,上坝坝型为扶壁式挡水墙+内库进水闸为平板闸门,下坝坝型为土工膜斜墙坝。(4)试验对泄洪冲沙闸闸门全开的过流能力进行了量测:闸前水位达到校核水位821.87m时,试验实测流量为642.0m~3/s,闸前水位达到设计水位821.40m时,试验实测流量为521.5m~3/s,满足泄量能力要求。内库进水闸:正常引水位821.00m时,进水闸引水流量为45m~3/s,校核洪水位821.87m时,进水闸引水流量为113.5m~3/s,满足设计要求。内库引水闸:当内库水位达到815.66m时,引水闸开度为3/4时,引水流量可达到设计流量45m~3/s;当内库水位达到817.35m,引水闸开度为1/2时,流量达到设计流量45m~3/s,满足设计要求。(5)通过对新疆金沟河闸坝式取水枢纽泄洪冲沙闸上下游进行数值模拟,水流经过闸墩时的流速明显增大,致使渠道中水流流速突然增加,原来渠道中水流流场也发生变化,水流流场紊乱,水流在闸后出现旋涡及回流现象。水流出闸后在护坦上呈现急流状态,护坦上最大流速达到40.6m/s。校核工况下,闸上下游流态与设计洪水相似,只是各个断面流速相应增大,水流出闸后在护坦上呈现急流状态,护坦上最大流速达到54.4m/s。不同工况下模拟计算值与实验值流速比较,设计工况下和校核工况下模拟计算值与实验值基本吻合,误差在5%以内。(6)根据数值模拟结果,对枢纽布置型式进一步优化:优化前,泄洪冲沙闸下游导流堤左岸岸坡反弧半径、弧长较小,渠道中水流经过泄洪冲沙闸后,由于过水断面面积减小,水流流速增加,渠道中水流出现旋涡和回流现象。优化后,泄洪冲沙闸泄流能力增强,消能能力提高,并将渠道中水流的主流导向渠道中部,从而减轻主流对左岸岸坡的冲刷,渠道中水流流态平稳,闸后回流现象消失。