金溝河總干渠泥沙處理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用評價

陳 臣 汪世國

(新疆水利廳金溝河流域管理處 烏魯木齊 832100)

1 概況

金溝河位于新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)，河流發(fā)源于天山北麓的依連哈比尕山，是冰雪融水及降雨混合補(bǔ)給型的山溪性多泥沙河流。由于近年流域人口增加和人類活動范圍擴(kuò)大等因素，河流上游原始植被和生態(tài)被不斷破壞，水土流失現(xiàn)象不斷加劇，河水泥沙含量越來越大，河水夾雜著泥沙源源不斷流入中下游，在河谷出口處通過金溝河引水渠首引入總干渠中，據(jù)實(shí)測分析，金溝河多年推移質(zhì)平均輸沙量為9.25萬t，輸沙率2.94kg/s，多年懸移質(zhì)平均輸沙量為65.03萬t，輸沙率20.6kg/s;多年輸沙量平均為74.28萬t。6～8月為輸沙量高峰期，為7.1～13.8kg/m3，占全年泥沙量的70%，推移質(zhì)最大直徑60cm，懸移質(zhì)以流沙和泥土為主。

2 多泥沙帶來的不利影響

2.1 損毀水利工程

由于金溝河引水總干渠坡降大，引水過程中推移質(zhì)泥沙在高速水流的作用下，不斷碰撞水面以下建筑物及混凝土邊板和底板，造成混凝土表面破損脫離，特別是由于直徑較大的顆粒物造成的破損更嚴(yán)重，據(jù)泥沙處理系統(tǒng)建立前不完全統(tǒng)計(jì)，金溝河引水總干渠水面以下混凝土邊板表面磨損率為98%，磨損深度為1～5cm不等，渠底磨損率為100%，沿線到處可見由大顆粒泥沙磨砸成的深坑，特別在水流湍急段更加密集，渠底和邊板銜接處也破損嚴(yán)重，造成管理單位每年必須拿出資金對工程進(jìn)行維修。

2.2 減少引水量

由于水利工程的嚴(yán)重破損，總干渠垮渠事故常有發(fā)生，多則每月7～8次左右，少則每月2～3次，嚴(yán)重影響了正常的供用水秩序，減少了灌區(qū)用水量，在供水期，必須采取每隔一段時間進(jìn)行停水檢修的措施，以勉強(qiáng)維持向灌區(qū)供水。同時由于泥沙含量大，造成用水單位輸水?dāng)嗝嬗俜e堵塞，斷面過水能力降低，灌溉水量和保證率達(dá)不到要求，只有采取停水清淤后再放水的辦法解決，消耗了較多的人力物力，增加了引水成本。預(yù)計(jì)金溝河每年因停水修渠和清淤造成的供水量損失約為2500萬m3，嚴(yán)重制約了以水費(fèi)收入為來源的金溝河管理單位的發(fā)展。

2.3 影響灌區(qū)生態(tài)環(huán)境

灌區(qū)土地70%處于流域的中下游，基本依賴金溝河總干渠引水進(jìn)行灌溉，由于長期引入河水中的泥沙，泥沙在土地表面沉淀和積累，造成了部分土地沙化和鹽堿化，破壞了作物生長環(huán)境，影響了灌區(qū)種植效果，促使灌區(qū)每年必須投入一定的資金用于土地的改良。同時泥沙水引入水庫后，在下游水庫中沉積，造成水庫庫容降低，削減了水庫的蓄調(diào)能力，降低了水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)，影響了水庫運(yùn)行安全。多泥沙對灌區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展的不利影響日益突出和顯現(xiàn)，制約了灌區(qū)的發(fā)展。

3 泥沙處理系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)多年泥沙處理經(jīng)驗(yàn)，要處理好金溝河總干渠水中的泥沙，單靠某一項(xiàng)工程措施是不夠的，必須在總干渠上建立一套功能健全、系統(tǒng)穩(wěn)定的工程設(shè)施聯(lián)合調(diào)度方能解決。

3.1 系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

金溝河引水渠首1960年建成運(yùn)用，設(shè)有沖沙閘和排沙廊道，由于近年泥沙量的不斷增加導(dǎo)致排沙廊道報廢，單靠沖沙閘沖沙實(shí)際處理泥沙量只占總引進(jìn)泥沙量的30%左右，存在泥沙處理不徹底和沖沙閘連接的輸沙道尾部河床不斷抬高等不利因素，大部分泥沙進(jìn)入引水總干渠，影響了單位運(yùn)行管理及灌區(qū)用水需求。通過探索和借鑒其他單位成功經(jīng)驗(yàn)，在總干渠上引進(jìn)了渦管排沙技術(shù)，先后在總干渠沉沙池段和引水段設(shè)置渦管排沙4處，通過與沖沙閘排沙聯(lián)合運(yùn)用，排沙效果得到了提高，進(jìn)入總干渠泥沙量的60%左右得到了處理，特別是推移質(zhì)中的中小顆粒處理明顯，但仍有40%左右的泥沙得不到處理，且渦管排沙存在用水量大和中大顆粒排出效果不理想的現(xiàn)象，泥沙對總干渠的磨損威脅仍然存在，渦管排沙的局限性決定了泥沙處理系統(tǒng)的不完整性，結(jié)合金溝河特殊地理位置和泥沙情況的分析，1998年通過模型試驗(yàn)，大膽運(yùn)用高效節(jié)水的排沙漏斗新技術(shù)，在總干渠上新建排沙漏斗一座，通過渠首沖沙閘、渦管和漏斗聯(lián)合運(yùn)行，經(jīng)過泥沙處理系統(tǒng)流入下游的水除了泥和部分流沙外，基本沒有推移質(zhì)，泥沙處理達(dá)到了較好效果。由沖沙閘、渦管和漏斗共同組成了金溝河泥沙處理系統(tǒng)，具體布置見下圖。

三級排沙系統(tǒng)布置圖

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行效果

為實(shí)際證明泥沙處理系統(tǒng)的效果，金溝河委托相關(guān)權(quán)威部門對泥沙處理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測，見下頁表。

監(jiān)測數(shù)據(jù)說明，渦管處理的推移質(zhì)泥沙為0.285萬t，漏斗處理的推移質(zhì)泥沙為0.356萬t，渦管和漏斗合計(jì)處理推移質(zhì)泥沙為0.641萬t，經(jīng)聯(lián)合運(yùn)行，渦管處理推移質(zhì)泥沙占運(yùn)行時段內(nèi)總來沙量的43%，漏斗處理推移質(zhì)泥沙占運(yùn)行時段內(nèi)總來沙量的56%，推移質(zhì)泥沙處理率達(dá)99%，效果較好。同時監(jiān)測到0.25mm以上懸移質(zhì)處理為70%，0.25mm以下懸移質(zhì)處理為55%，排沙年均消耗水量占總引水量的4.5%，水量消耗低。實(shí)踐證明由沖沙閘、渦管和漏斗共同組成的泥沙處理系統(tǒng)是科學(xué)可行的，基本解決了困擾金溝河發(fā)展的泥沙問題。

引水樞紐干渠渦管漏斗時段推移質(zhì)泥沙測驗(yàn)成果表

4 經(jīng)濟(jì)效益評價

金溝河泥沙處理系統(tǒng)的建立和運(yùn)行，為灌區(qū)提供了可靠穩(wěn)定持續(xù)的灌溉水資源，發(fā)展了地方經(jīng)濟(jì)，便利了單位管理，經(jīng)濟(jì)和社會效益明顯。

4.1 節(jié)約了工程運(yùn)行管理成本

泥沙處理系統(tǒng)的運(yùn)用，極大地降低了泥沙對總干渠的磨損，自1998年至今，沒出現(xiàn)垮渠事故，總干渠水面線以下沒有發(fā)現(xiàn)破損性磨損，渠道完好率達(dá)99%，每年節(jié)約總干渠維修費(fèi)約200萬元。同時由于泥沙量的減少，總干渠泥沙淤積量和各引水段面泥沙處理量為0.6萬m3，相比泥沙處理系統(tǒng)運(yùn)用前的2.7萬m3減少了2.1萬m3，每年節(jié)約清淤費(fèi)約6萬元。水庫淤積量為2.5萬m3，較系統(tǒng)運(yùn)行前的10萬m3減少7.5萬m3，每年減少清淤費(fèi)23萬元。

4.2 增加了單位的水費(fèi)收入

泥沙處理系統(tǒng)運(yùn)用后供水保持持續(xù)穩(wěn)定，完好的水利工程促進(jìn)了供水能力的提高，每年單位在完成因垮渠損失的2500萬m3引水指標(biāo)任務(wù)的同時，新增引水量1500萬m3，灌區(qū)灌溉保證率提高了20%左右，相比系統(tǒng)運(yùn)行前，單位每年可多實(shí)現(xiàn)水費(fèi)收入240萬元，經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了增收。

4.3 提高了灌區(qū)收益

灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水保證率的提高，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收的目的。自1998年以來的10年間，灌區(qū)調(diào)整了種植結(jié)構(gòu)，減少了耐旱作物種植，增加了經(jīng)濟(jì)作物種植。多年實(shí)現(xiàn)棉花增產(chǎn)26%，農(nóng)民增收65%，棉花增產(chǎn)量500kg/hm2，按市場價7元/kg計(jì)算，增收3500元/hm2，按金溝河灌區(qū)棉花種植面積25600hm2計(jì)算，年增收8960萬元;玉米增產(chǎn)24%，農(nóng)民增收50%，玉米增產(chǎn)1120kg/hm2，按市場價2.5元/kg計(jì)算，增收2800元/hm2，提高了灌區(qū)經(jīng)濟(jì)收益率。

4.4 改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境

由于供水保障率的提高，2002～2010年，金溝河每年向灌區(qū)3500hm2生態(tài)林提供水資源800萬m3，生態(tài)林年增加灌溉水量2200m3/hm2，生態(tài)林的大面積建設(shè)，防止了水土流失和土地的沙漠化，改善了灌區(qū)居民生活環(huán)境。同時通過采取總干渠排沙和在田間建沉沙池沉沙相結(jié)合的措施，灌溉水水質(zhì)得到了改善，水質(zhì)清潔且含多種適合作物生長的維生素，節(jié)約了土地改良資金投入，防止了土地沙化、鹽堿化，灌區(qū)土地越來越肥沃，形成了良好的灌區(qū)種植環(huán)境。

5 結(jié)語

金溝河是我國重要的糧棉生產(chǎn)基地，多年來為新疆地方和兵團(tuán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)。隨著流域水資源的不斷開發(fā)和利用，困擾金溝河發(fā)展的泥沙問題通過采取建設(shè)泥沙處理系統(tǒng)工程的辦法進(jìn)行了解決，并取得了較好的效果，確立了金溝河流域在灌區(qū)管理中的主導(dǎo)作用，贏得了灌區(qū)的支持和尊重，為水利的可持續(xù)發(fā)展提供了保障，同時金溝河泥沙處理系統(tǒng)的建設(shè)也為新疆多泥沙河流提供了思考和借鑒，具有一定的推廣意義。

1 張開泉，劉煥芳.渠道上的渦管排沙工程［J］.四川水利，1998(2):19－22.

2 李旗進(jìn)，王金魁，等.金溝河引水渠渠首排沙系統(tǒng)運(yùn)行管理［J］.人民長江，2009(15).

3 王忠，謝富明，欒文，等.新疆金溝河渠首解決泥沙入渠的措施及效果［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006，(10):7 －8.