新疆蘇塘灌溉工程泥沙梯級處理設(shè)計

方 毅，宣斌德

（農(nóng)二師設(shè)計院有限責(zé)任公司，新疆 庫爾勒 841000）

1 灌區(qū)概述

新疆兵團(tuán)南疆新建團(tuán)場38團(tuán)蘇塘灌區(qū)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州且末縣莫勒切河下游平原區(qū)，灌區(qū)東西長約49.1 km，南北寬3.2～12.5 km。灌區(qū)規(guī)劃總面積9.886萬hm2，其中項(xiàng)目區(qū)外工程占地0.5527萬hm2，項(xiàng)目區(qū)面積為9.333萬hm2，其中生態(tài)保護(hù)區(qū)5.3333萬hm2，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)4萬hm2，形成凈灌溉面積2萬hm2，一期建設(shè)灌溉面積1.2萬hm2。蘇塘灌區(qū)的發(fā)展是在保證糧食生產(chǎn)自給有余的前提下，發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益較高林果業(yè)，主要經(jīng)營紅棗、伽師瓜等特色瓜果產(chǎn)品。

鑒于灌區(qū)多風(fēng)沙災(zāi)害，考慮到灌區(qū)種植模式，且灌溉季節(jié)4至7月多大風(fēng)天氣，灌區(qū)主栽作物為紅棗、伽師瓜等，結(jié)合流域及灌區(qū)地形地勢，灌區(qū)灌溉方式為自壓滴灌。

2 流域特征

蘇塘灌區(qū)位于莫勒切河下游，莫勒切河流域地處塔里木盆地南緣，東以車爾臣河分水嶺為界；西至安迪爾河分水嶺；南起昆侖山的阿孜塔格冰川和阿爾金山的箭峽山分水嶺，北面延伸至塔克拉瑪干沙漠的南緣，水資源分區(qū)屬于西北內(nèi)陸河系昆侖山北麓諸小河區(qū)克里雅河流域。

流域南部為強(qiáng)烈隆起的昆侖山脈，4800 m以上的高山區(qū)，被現(xiàn)代冰川、積雪覆蓋，冰蝕地貌和重力堆積地貌顯著，其山脊呈線狀，山頂多尖棱狀，溝谷侵蝕切割強(qiáng)烈，山坡陡峻。北部為山前沖洪積平原，地形較平坦，分布高程2000 m左右。流域山體高大、陡峻。上游河谷寬達(dá)300～500 m，卵石河床，兩岸為基巖；從河源至出山口河長79 km，縱坡1/50～1/80。源流區(qū)平均高程4259 m，最高點(diǎn)四岔雪峰海拔6748 m，河流出山口高程約2300 m。河流出山口后向北流約20 km處分為東西兩支，西支流向民豐縣，東支流向蘇塘。

莫勒切河引水渠首斷面以上集水?dāng)嗝?422 km2，河長81 km，多年平均含沙量12 kg/m3，多年平均輸沙量253萬t，侵蝕模數(shù)1044 t/km2，輸沙率80 kg/s。

3 水利工程布置

通過水利工程建設(shè)方案的比選，確定灌區(qū)一期水利工程的布置自上而下為山區(qū)水庫—輸水干渠（梯級電站）—首部沉砂池—灌區(qū)灌溉管網(wǎng)。

為了早日讓38團(tuán)擔(dān)負(fù)起塔里木盆地南緣地區(qū)的生產(chǎn)和社會穩(wěn)定的雙重責(zé)任，根據(jù)《總體規(guī)劃》的安排，灌區(qū)自2009年起進(jìn)行建設(shè)。由于山區(qū)水庫的建設(shè)期較長，為了保證2009年進(jìn)行開發(fā)，在河道出山口下游10 km處建設(shè)引水渠首1座。

在山區(qū)水庫尚未修建好之前，引水渠首起臨時引水口作用，干渠起點(diǎn)接引水渠首，干渠末端投入首部沉沙池，渠道全長53 km；在山區(qū)水庫修建完成后，干渠起點(diǎn)接山區(qū)水庫壩后電站尾水渠，干渠全長62 km。因此，灌區(qū)初期水利工程的布置自上而下為引水渠首—輸水干渠（梯級電站）—首部沉沙池—灌區(qū)灌溉管網(wǎng)。

4 泥沙梯級處理

4.1 渠首泥沙處理措施

引水渠首型式為底攔柵式，樞紐由溢流壩、沖沙閘、底欄柵、進(jìn)水閘及上、下游護(hù)岸等建筑物組成，進(jìn)水閘后設(shè)沉沙條渠，條渠末端設(shè)排沙閘及渠道進(jìn)水閘。

引水渠首位于水文站下游水流較集中的河段內(nèi)，此段河道河床穩(wěn)定，順直，水流集中，河道寬70 m左右，河床與一級階地的高差為20 m左右。河床與一級階地的高差為13 m左右，河道凹岸位于右側(cè)，與取水口同側(cè)，修建渠首便于引水排沙。該段河道地質(zhì)條件較好，為砂卵石地基，河床質(zhì)d50標(biāo)準(zhǔn)值為27 mm。由于該河流缺乏足夠的水文資料，沒有推移質(zhì)顆粒組成的實(shí)測資料，因此，在對推移質(zhì)的顆粒組成進(jìn)行分析時，通過對該斷面河床內(nèi)的沉積物進(jìn)行分析，以便工程設(shè)計時進(jìn)行參考。渠首斷面河床質(zhì)顆粒組成見下表1。

表1 渠首斷面河床質(zhì)顆粒組成粒徑百分率

從上表可以看出，渠首斷面河床質(zhì)以粗顆粒為主，其中粒徑大于8 mm的顆粒含量占68.4%。該引水渠首柵條間隙為8 mm，因此能夠較好的防止大量推移質(zhì)進(jìn)入干渠，能夠有效的減少入渠量。

為進(jìn)一步減輕泥沙對下游干渠的磨蝕破壞，在渠首進(jìn)水閘后設(shè)置沉沙條渠，條渠長200 m，水面縱坡為1/500，渠底縱坡為1/200，條渠末端干渠進(jìn)水閘底板高于排沙閘0.8 m，沖沙時流速2.1 m/s。

4.2 梯級電站泥沙處理措施

干渠2+850下游3 km范圍內(nèi)沿河岸布置2座梯級電站，利用干渠引水發(fā)電，發(fā)電后尾水繼續(xù)進(jìn)入干渠，流向干渠末端的灌溉首部沉沙池。

在經(jīng)過底欄柵、條渠兩級初步泥沙攔截后，干渠來水泥沙含量仍然較大，顆粒粒徑仍然較大，必須進(jìn)行進(jìn)一步泥沙處理。根據(jù)DL/T 5107-1999《水電水利工程沉沙調(diào)節(jié)池設(shè)計規(guī)范》P11頁表6.1.3，對河流引水式水電站沉沙池最小沉降粒徑在水電站額定水頭小于100時，設(shè)計最小沉降粒徑為0.35 mm。

因此，在干渠2+650處布置1座箱型沉沙池。箱型沉沙池共設(shè)3個池室，單個池室凈寬5.0 m，進(jìn)口控制段長4.5 m，工作段長68 m，前段長8 m，池底坡降1/4，后段長60 m，池底坡降1/40。單池工作流量 4.0 m3/s，排沙流量0.4 m3/s，運(yùn)行工況為雙室沉沙，單室沖沙，交替運(yùn)行。設(shè)計入池含沙量標(biāo)準(zhǔn)So＝4.71 kg/m3，設(shè)計出池含沙量標(biāo)準(zhǔn)S≤1 kg/m3，大于等于允許粒徑0.35 mm的泥沙沉降率不小于90%。

4.3 首部沉沙池泥沙處理措施

沉沙調(diào)節(jié)池為莫勒切河引水干渠的末端和灌區(qū)自壓管網(wǎng)干管的起點(diǎn)，為灌區(qū)自壓滴灌的灌溉首部，主要作用是沉淀干渠引水挾帶的泥沙，沉沙調(diào)節(jié)池容積419.95×104m3。引水干渠、干管在工程布置上分別位于沉沙調(diào)節(jié)池的東、西側(cè)，相距1.5 km，使進(jìn)口與出口相距較遠(yuǎn)，以利于泥沙沉積。

為防止沉沙池內(nèi)淤沙進(jìn)入灌溉輸水總干管，對灌區(qū)微灌系統(tǒng)不利，需進(jìn)一步設(shè)置泥沙處理設(shè)施，在沉沙調(diào)節(jié)池放水涵洞前設(shè)擋沙墻形式，以保證淤積泥沙不進(jìn)入涵洞，使灌溉總干管引取清水。

擋沙墻設(shè)于放水涵洞前，采用豎井式結(jié)構(gòu)，長10 m，寬10 m，高7.6 m，在運(yùn)行初期設(shè)計水位至沉沙池壽命期末，設(shè)計水位之間的墻體高度內(nèi)設(shè)置數(shù)量眾多的邊長為0.2 m的進(jìn)水方孔，孔中心與孔中心的距離為0.5 m。擋沙墻工作時，隨著淤沙高程的逐年增加，在每年沉沙調(diào)節(jié)池放空期，封堵來年淤沙高程以下的過水方孔形成擋沙墻，利用擋沙墻上方的預(yù)留方孔進(jìn)水，滿足下游涵洞引水。

為防止浮游生物等游離物進(jìn)入灌溉管網(wǎng)，堵塞下游滴頭，在擋沙墻外圍圍裹尼倫濾網(wǎng)，每年定期清洗、更換。

5 泥沙處理總結(jié)

莫勒切河是一條多泥沙河流，引水渠首下游布置梯級電站，渠首與灌溉管網(wǎng)首部沉沙調(diào)節(jié)池之間距離長達(dá)53.4 km，干渠長，流速近4.0 m/s，首部沉沙池庫容小，而且下游灌區(qū)是一個純自壓滴灌灌區(qū)。因此，根據(jù)工程布置及各工程運(yùn)行安全及壽命要求，必須處理好泥沙問題。

泥沙處理時，由于不可能一次處理到位，在設(shè)計時，根據(jù)各工程的運(yùn)行要求，依次分步進(jìn)行處理。首先，根據(jù)渠道輸水抗磨蝕要求，在渠首布置底攔柵、沖沙閘及沉沙條渠、排沙閘等，減少入渠泥沙量，阻止大顆粒泥沙進(jìn)入干渠；第二步，為防止泥沙對電站水輪機(jī)葉片造成過量磨蝕，在電站上游的干渠上設(shè)置箱型沉沙池，使水中泥沙含量及顆粒大小滿足發(fā)電要求；第三步，為滿足灌區(qū)自壓滴灌的水質(zhì)要求，在灌溉首部設(shè)置沉沙池，進(jìn)一步沉淀水中泥沙，在放水口設(shè)置濾網(wǎng)，防止浮游生物等進(jìn)入灌溉管網(wǎng)。

通過以上幾步處理，使灌區(qū)灌溉用水由高含沙量水變?yōu)榍宄阂姷椎哪軌驖M足滴灌要求的優(yōu)質(zhì)水，保證了灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］宋祖詔，張思俊，詹美禮.取水工程［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［3］新疆水利學(xué)會，新疆引水渠首［M］.烏魯木齊：新疆人民出版社，1994.