金溝河流域渠首泥沙處理及綜合利用

魯 兵 何文權(quán)

（新疆水利廳金溝河流域管理處 新疆沙灣縣 832100）

1 渠首樞紐工程概況

金溝河流域位于新疆塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)。金溝河發(fā)源于天山北坡的依連哈比爾尕山，水流由南向北，流經(jīng)山區(qū)、沖洪積平原區(qū)，最終匯入瑪納斯河，流歸尾閭瑪納斯湖，全程194km。南北以天山山脈和準(zhǔn)噶爾盆地南緣為界，東西與寧家河和巴音溝河為鄰。金溝河流域地理位置介于東經(jīng)85°03′～85°49′,北緯43°30′～44°33′之間，流域總面積2626km2。

金溝河流域管理處渠首站位于新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣安集海元新宮上游 9km處，始建于1960年，是典型的費(fèi)爾干式引水樞紐，兼具防洪、引水、排沙等多重功能。樞紐布置采用側(cè)面引水，正面排沙，約成 L形，經(jīng)多次改擴(kuò)建成現(xiàn)狀。

現(xiàn)狀渠首樞紐工程主要由上下游導(dǎo)流堤、非常溢流堰及匯洪閘、泄洪沖沙閘、進(jìn)水閘及束水排沙道等組成。其中泄洪沖沙閘 5孔，單孔寬5.0m，設(shè)計(jì)流量 Q泄=220m3/s；進(jìn)水閘 3孔，單孔寬4.0m，設(shè)計(jì)流量Q引=45m3/s。在進(jìn)水閘后有880m長(zhǎng)的曲線沉沙池，在曲線沉沙池的末端設(shè)6孔排沙廊道，沉沙池后連引水干渠，引水干渠前段部位依次設(shè)排沙渦管3個(gè)、排沙漏斗1個(gè)。因河道泥沙淤積等問題工程歷經(jīng)多次改擴(kuò)建。

2 渠首泥沙淤積現(xiàn)狀及觀測(cè)

2.1 金溝河泥沙觀測(cè)

金溝河屬多泥沙河流，泥沙主要來源于降水匯流對(duì)流域面的侵蝕及水流對(duì)河道的沖刷兩部分。金溝河流域泥沙實(shí)測(cè)資料較為缺乏，渠首泥沙觀測(cè)一度中斷。根據(jù)歷史實(shí)測(cè)泥沙資料分析，金溝河懸移質(zhì)年平均含沙量 1.85kg/m3，最大月平均含沙量 221kg/m3，最小月平均含沙量15.6kg/m3。懸移質(zhì)年平均輸沙量 66.03萬(wàn) t,推移質(zhì)年平均輸沙量 9.25萬(wàn) t，多年平均輸沙總量74.28萬(wàn)t。推移質(zhì)平均粒徑39.8mm。紅山頭水文站歷史泥沙測(cè)驗(yàn)成果見表1。

金溝河泥沙顆粒分布不均勻，顆粒較細(xì)，大顆粒含量較少，粒徑分布見表2。以金溝河紅山頭水文站多年平均泥沙資料統(tǒng)計(jì)中實(shí)測(cè)年內(nèi)比例為各月分配系數(shù)，參照經(jīng)驗(yàn)公式W推＝βW懸，可以得到金溝河紅山頭站泥沙多年平均月沙量，見表3。

2.2 金溝河泥沙特征分析

（1）泥沙的年際變化很大。據(jù)八家戶站實(shí)測(cè)資料，最大年輸沙量216.6萬(wàn)t，最小年輸沙量26.4萬(wàn)t，多年平均輸沙量為74.28萬(wàn)t。

（2）泥沙的年內(nèi)分配集中。實(shí)測(cè) 6年資料中6～8月輸沙量占全年輸沙量97.0%，而7月輸沙量就占全年輸沙量的55.5%，來沙與來水成正比。冬季輸沙量基本為0。

3 渠首現(xiàn)狀泥沙處理及綜合利用

表1 紅山頭站泥沙測(cè)驗(yàn)成果表

表2 金溝河泥沙顆粒分布

表3 紅山頭站泥沙分布

3.1 3級(jí)排沙運(yùn)行體系

金溝河渠首站主要承擔(dān)防洪、引水、排沙等任務(wù)，在多年的引水及泥沙處理中，渠首站積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，形成了獨(dú)特的排沙運(yùn)行體系。主要體現(xiàn)在：

（1）閘前泥沙處理。首先通過閘前攔石柵，將推移質(zhì)中大粒徑泥沙攔在閘前；其次通過泄洪沖沙閘采取長(zhǎng)排方式將閘前的泥沙集中輸送至下游；第3利用多余棄水，長(zhǎng)小流量、長(zhǎng)時(shí)間將置留輸沙道內(nèi)泥沙排出。

（2）閘后泥沙處理。首先在進(jìn)水閘后有880m長(zhǎng)的曲線沉沙池，可將入池泥沙沉淀在沉沙池中，每年通過定期機(jī)械清淤方式清出；其次在引水運(yùn)行期通過沉沙池中下段所設(shè)沖沙閘及排沙廊道將池內(nèi)泥沙排出，以減少沉沙池淤積量。

（3）入渠泥沙處理。首先利用在沉沙池末設(shè)置的排水閘，在水量充足時(shí)開啟沖沙；其次在引水干渠上游段 400米內(nèi)分設(shè)有 2＃、3＃、4＃渦管用于排沙；最后在干渠節(jié)制閘后設(shè)末級(jí)漏斗排沙，將渦管漏排泥沙全部攔截。

3.2 泥沙綜合利用

泥沙處理一直以來是困擾多泥沙引水渠系的難題。金溝河流域管理處在成功開創(chuàng)三級(jí)排沙系統(tǒng)的同時(shí)，十分重視對(duì)泥沙的綜合利用。初步做法有：

（1）充分利用渦管等排沙設(shè)施排出的泥沙，引入項(xiàng)目，開辦沙石料場(chǎng)。首先，利用近幾年渠道工程改擴(kuò)建時(shí)機(jī)，在渠首渦管出口處設(shè)簡(jiǎn)易沙石料廠，利用渦管排沙水沖洗泥沙，經(jīng)篩分后供水利工程建設(shè)使用，此措施每年可將清除渦管后堆積的1.5萬(wàn)m3以上的泥沙，生產(chǎn)可用沙石料近萬(wàn)m3，經(jīng)濟(jì)效益可觀。其次，引入沙石料場(chǎng)，通過協(xié)議將大渡槽及南五宮水庫(kù)等處泥沙處理對(duì)外承包，使原本需要花費(fèi)巨資進(jìn)行清淤的項(xiàng)目變成料場(chǎng)原料基地，一舉兩得，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)雙羸，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（2）積極探索懸移質(zhì)泥沙處理利用新路。金溝河流域管理處現(xiàn)狀灌溉面積達(dá)4.37萬(wàn)hm2，不合理、非理性的開發(fā),破壞了大量原有植被和土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了土地的鹽堿化。金溝河流域管理處采用三級(jí)泥沙處理系統(tǒng)將絕大部分推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙排出了渠道，但仍有大量的較細(xì)泥沙顆粒進(jìn)入渠道。利用懸移質(zhì)粉細(xì)顆粒對(duì)鹽堿土壤進(jìn)行改良將是今后的一個(gè)重要研究方向。初步試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，灌溉后沙子和鹽堿土混合使土壤總孔隙比鹽堿裸地提高了 5%～20%，土壤緊實(shí)度由原來的 2000～2500kPa降低到 500～1000kPa，土地的持水量也下降很多。利用含泥沙水對(duì)鹽堿地進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)灌溉與改良結(jié)合，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

4 結(jié)論

金溝河流域管理處渠首樞紐工程投入運(yùn)行60多年間，經(jīng)數(shù)代水利工作者的探索、實(shí)踐，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，形成了一套適用、獨(dú)有的引水排沙運(yùn)行方案，在泥沙處理及綜合運(yùn)用方面進(jìn)行了有益的探索。三級(jí)泥沙處理體系的運(yùn)用和泥沙綜合利用的研究，仍然是今后多泥沙河流渠系引水工程重點(diǎn)研究的課題，需要不斷的探索和思考。