金溝河渠道泥沙磨損修補(bǔ)效益分析

何文權(quán)

（新疆水利廳金溝河流域管理處，新疆 沙灣縣 832100）

新疆天山北坡存在著許多以冰川融雪為主要補(bǔ)給水源的中小徑流水系，河水自山間融雪匯流后，穿溝越壑從幾無植被的山區(qū)直流而下，進(jìn)入山前沖積扇平原區(qū)。河流對所經(jīng)之處一方面帶來大量的泥沙沉積，另一方面又繼續(xù)對河道兩側(cè)松散的戈壁體進(jìn)行沖刷，造成河水中的推、懸移質(zhì)泥沙含量極高。

以金溝河為例，多年平均徑流量3.49×108m3，多年平均輸沙總量在70～80萬t，平均每方水中就攜帶有2.3kg泥沙。如此眾多的泥沙進(jìn)入引水渠道后，對沿線渠系建筑物造成十分嚴(yán)重的磨損。

1 金溝河引水渠系建筑概況

金溝河流域管理處所管轄引水渠系主要由渠首引水樞紐、輸水渠系組成。

1.1 引水樞紐

金溝河引水樞紐始建于 1960年，為費爾干式引水樞紐，主要建筑物有溢洪堰、非常泄洪閘、引水閘、泄洪閘沖沙閘、曲線沉沙池、束水輸沙道、上下游整治段及導(dǎo)流堤組成。其中，泄洪沖沙閘 5孔，單孔寬5m，設(shè)計流量220m3/s；引水閘為3孔，單孔寬4m，設(shè)計流量45m3/s。

渠首自1962年竣工運行至20世紀(jì)80年代初，引水運行情況良好，引水率由原來無壩引水的不足30%提高到60%以上，對整個灌區(qū)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。1980年初以來，由于泥沙淤積，河床逐年抬高，渠首運行出現(xiàn)諸多問題，年引水量急劇下降，嚴(yán)重影響了灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為此于1988年、1998年、2001年先后進(jìn)行多次渠首加高改建，形成目前格局。從近十幾年來的運行狀況看，未能從根本上解決渠首上、下游河道嚴(yán)重淤積的問題。

1.2 輸水渠系工程

金溝河輸水渠系工程主要包括引水干渠及各分水閘組成。其中，輸水渠系全長 37.48km，設(shè)計流量25～45m3/s，始建于20世紀(jì)60年代，為漿砌石及混凝土防滲形式，分水閘口共 14個，建筑物26座。自1998年以來金溝河灌區(qū)實施續(xù)建配套與節(jié)水改造項目，先后累計投入改造資金近 8000余萬元，經(jīng)多年續(xù)配套建設(shè)，引水主干渠全部達(dá)到了混凝土防滲渠道標(biāo)準(zhǔn)。

2 引水渠系在運行中存在的主要問題

2.1 山區(qū)無控制性骨干工程

金溝河上游山區(qū)無控制性骨干工程，無法實現(xiàn)對徑流的綜合調(diào)節(jié)。一方面，渠首樞紐防洪基本處于被動狀態(tài)，洪災(zāi)旱災(zāi)交替發(fā)生。金溝河季節(jié)性洪水多發(fā)生于 7、8月份，屬暴雨融雪型洪水，洪峰流量大、急、變化快，破壞力強(qiáng)，據(jù)不完全統(tǒng)計，自1990～2003年14年間共有13次洪災(zāi)發(fā)生，洪水災(zāi)害損失達(dá) 10.4億元。另一方面，不能實現(xiàn)蓄豐調(diào)平，造成洪水水量白白下泄、引水期無水可引的尷尬局面。

2.2 渠首泥沙淤積嚴(yán)重，樞紐帶病運行

金溝河引水樞紐經(jīng)數(shù)次加高后，短期內(nèi)滿足了引水生產(chǎn)需求，但同時又進(jìn)一步加劇了泥沙淤積程度。2001年最后一次加高以來，金溝河渠首上游河道平均淤高超過 2m，下游河床平均淤高超過 3m。河床抬高后直接對引水生產(chǎn)、防洪渡汛產(chǎn)生嚴(yán)重影響，大量泥沙涌入干渠，渠系建筑磨損嚴(yán)重，閘前過流能力驟減，抵御洪水能力大打折扣。

2.3 泥沙研究滯后，泥沙源頭防治任重道遠(yuǎn)

金溝河流域管理處運行管理費用全部依靠水費支撐，由于農(nóng)業(yè)水費偏低，水費收支入不敷出，沒有展開深入的泥沙研究課題，更無力進(jìn)行泥沙源頭的防治，泥沙處理始終停留在入渠泥沙層面，泥沙防治任重道遠(yuǎn)。

2.4 引水率高，渠系運行壓力突出

金溝河引水渠系長年保持引進(jìn)率在 60%以上，在部分枯水年引進(jìn)率甚至超過 70%，渠系在引水期長時間使用，不能進(jìn)行必要的檢修。雖每年在春季進(jìn)行集中渠系檢修，但因金溝河灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)單一、春季抗旱保苗壓力大，渠系工程檢修后得不到合理的養(yǎng)護(hù)就投入使用。

3 引水渠系泥沙處理及磨損修補(bǔ)技術(shù)成果

3.1 泥沙綜合處理

金溝河引水渠系泥沙綜合處理措施主要包括渠首泥沙三級處理體系、河道疏浚、泥沙綜合利用等。

3.1.1 渠首泥沙三級處理體系

渠首泥沙三級處理體系，主要包括：閘前泥沙處理、閘后泥沙處理、入渠泥沙處理。其中，閘前泥沙處理主要通過閘前攔石柵、導(dǎo)流挑流設(shè)施、泄洪沖沙閘等將大部分推移質(zhì)泥沙攔阻并沖排至下游河道；閘后泥沙處理，指的是通過閘后曲線沉沙池緩流降速，使進(jìn)入引水閘的泥沙大部沉積于沉沙池內(nèi)，再通過機(jī)械清淤、沖沙閘及廊道沖排等清除；入渠泥沙處理主要通過設(shè)置于引水總干渠前段的渦管、漏斗將進(jìn)入干渠泥沙大部排出渠道。

3.1.2 河道疏浚

渠首泥沙經(jīng)三級處理體系后大部沉積于樞紐下游，直接造成下游河床抬高，為此，金溝河流域管理處長期用機(jī)械對各排沙口進(jìn)行疏導(dǎo)，以利于各設(shè)施順利排沙，同時開展河道疏浚工程，對沉積于下游河床的泥沙進(jìn)行清理。但由于泥沙總量巨大，不能從根本上緩解壓力。

3.1.3 泥沙綜合利用

金溝河流域管理處在進(jìn)行渠系泥沙處理同時，積極開展對泥沙的綜合利用。一是引入項目，開辦沙石料場，變廢為寶，實現(xiàn)雙羸，經(jīng)濟(jì)效益可觀。二是積極探索懸移質(zhì)泥沙處理利用新路。金溝河流域管理處灌溉現(xiàn)狀面積達(dá) 65.5萬畝，不合理、非理性的開發(fā)大量破壞了原有植被和土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了土地的鹽堿化。利用懸移質(zhì)粉細(xì)顆粒對鹽堿土壤進(jìn)行改良，實現(xiàn)灌溉與改良結(jié)合，具有一定經(jīng)濟(jì)和社會效益。

3.2 抗磨損修補(bǔ)技術(shù)

面對泥沙入渠帶來的渠系建筑磨損，做好日常修補(bǔ)，是發(fā)揮好工程效益的關(guān)鍵。金溝河流域管理處在多年的維修養(yǎng)護(hù)中，在老舊閘墩補(bǔ)強(qiáng)、排沙渦管更新、漏斗抗磨損、渠道修補(bǔ)等方面積極了一些成熟經(jīng)驗。

3.2.1 老舊閘墩補(bǔ)強(qiáng)

金溝河流域管理處渠首引水樞紐經(jīng)上級部門鑒定為四類閘，始建于20世紀(jì)60年代的老閘墩能歷經(jīng)數(shù)十年高速泥沙流沖涮，關(guān)鍵在于每年的修補(bǔ)。針對老閘墩混凝土老化、強(qiáng)度不足等問題，主要采取耐磨石英沙漿抹面、高強(qiáng)錳鋼鑄鐵護(hù)低、磨損邊墻錨筋加固、鋼板護(hù)面等措施。雖辦法簡陋，但很有實效。

3.2.2 渦管拆舊更新

金溝河利用在高墊方渠段渠底橫設(shè)鋼渦管（直徑60cm左右），上部開截沙槽（寬30cm、長與渠底部寬相當(dāng)），鋼管開槽一端設(shè)于渠底，另一端伸出渠外，攜沙水流經(jīng)過時大部推移質(zhì)泥沙被截入槽中，隨水流排出渠道。因渦管是泥沙磨損部位，每年都面臨更換的問題。為便于每年更換渦管，盡可能減少拆舊強(qiáng)度，縮短更新時間，將渦管槽位基礎(chǔ)設(shè)置為混凝土固定結(jié)構(gòu)，渦管與槽位間設(shè)緩沖帶，即便于拆裝時又保證渠道安全。

3.2.3 漏斗抗磨損

漏斗的工作機(jī)理是利用螺旋流原理和水沙比重差別，將渠道含沙水流沿切線引入漏斗后，形成螺旋流，泥沙匯于斗底經(jīng)廊道排出，清水經(jīng)漏斗上部開口溢入引水渠道。漏斗正常工作時，泥沙對底部出口產(chǎn)生高強(qiáng)度汽蝕和沖磨，破壞性極大，針對這一問題，金管處曾嘗試用耐磨橡膠護(hù)底，但不久發(fā)現(xiàn)橡膠應(yīng)對泥沙沖磨有一定效果，但其與混凝土結(jié)合不牢，在高速螺旋流的沖擊下很快就被剝離。目前使用高錳鑄鐵塊對底部進(jìn)行護(hù)襯，效果很好。

3.2.4 渠底磨損修復(fù)

金溝河堅持每年投入資金對沿線渠底磨損部位進(jìn)行混凝土修補(bǔ)，修補(bǔ)時初期采于補(bǔ)丁方式，哪塊磨損補(bǔ)哪，在運行中發(fā)現(xiàn)，小面積的混凝土塊很難與原渠底結(jié)合牢固。目前采取整段面混凝土澆筑的方法，每年對磨損最嚴(yán)重的渠段進(jìn)行修復(fù)，渠道運行良好。

4 效益分析

通過對 2008～2011年度金管處渠道維修情況分析，2008～2011年累計投入維修資金425萬元，其中直接投入渠道修補(bǔ)資金141萬元，共計完成渠道修補(bǔ)混凝土1800m3。以每年汛期減少停水檢修2次計算，每次停水檢修時長計8h，主汛期平均日引進(jìn)流量計20m3/s，可計算出2008年至2011年度累計增加引水460.8×104m3，金溝河流域管理處現(xiàn)行水費 0.0597元/m3，直接增加水費收入為27.5萬元。以金溝河灌區(qū)地面灌毛灌溉定額545m3/畝計算，增加水量可直接灌溉棉田8455畝，以畝產(chǎn)值2800元（畝均產(chǎn)棉350kg，8元/kg）計算，可為灌區(qū)增加產(chǎn)值2367.4萬元，社會經(jīng)濟(jì)效益明顯。