汾河一壩灌區(qū)西干渠覆蓋段淤積原因及治理建議

王雄飛

(山西省汾河灌溉管理局一壩分局 山西太原 030002)

0 引言

汾河灌區(qū)是山西省最大的自流灌區(qū)。其中，一壩分局西干渠北起尖草坪區(qū)上蘭村,南至?xí)x源區(qū)鎮(zhèn)田村,全長49 km，由北向南貫穿太原市城區(qū)段。西干渠每年輸供水四次，年輸供水量在3 000萬m3以上，負(fù)擔(dān)著太原市尖草坪區(qū)、晉源區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉及太原市第一熱電廠等工農(nóng)業(yè)用水任務(wù)。多年來，因太原市逐步進行的城市建設(shè)，西干渠城區(qū)段渠道多進行覆蓋建設(shè)，但由于覆蓋建設(shè)早期的無序施工，西干渠各覆蓋段工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無法統(tǒng)一，致使西干渠縱、橫斷面不斷變化，造成覆蓋段內(nèi)水流不穩(wěn)，水源挾帶的泥沙在覆蓋段內(nèi)加快沉淀，造成覆蓋段內(nèi)淤積，形成整個西干渠輸供水渠道瓶頸，嚴(yán)重制約西干渠的正常功效，現(xiàn)西干渠的實際過水能力已由設(shè)計流量12 m3/s，降為如今不足6 m3/s。

1 西干渠覆蓋段情況

對西干渠進行覆蓋的現(xiàn)有建筑如：橋梁、公共綠地、住宅用地等用途各異的覆蓋段，共計100余處。其中，渠道覆蓋長度超過200 m，對日常管護及清淤工作造成較大影響的覆蓋段按照由北向南順序排列分別為：

第一段，西干渠興華街至漪汾街覆蓋段，西干渠樁號為15+183至17+191,全長2 008 m。覆蓋段橫斷面結(jié)構(gòu)多變：部分為單孔、部分為雙孔，建筑材料多變：部分為漿砌石翼墻混凝土蓋板、部分為混凝土澆筑，建設(shè)時間為1999年至2005年,覆蓋后用途為住宅小區(qū)用地；

第二段，西干渠迎澤橋南北兩側(cè)覆蓋段，西干渠樁號為18+544至19+189,全長645 m，覆蓋段橫斷面結(jié)構(gòu)為雙孔，建筑材料為漿砌石翼墻混凝土蓋板，建設(shè)時間為2005年,覆蓋后用途為城市公共綠地；

第三段，西干渠南內(nèi)環(huán)橋北側(cè)覆蓋段，西干渠樁號為20+668至20+923,全長255 m，覆蓋段橫斷面結(jié)構(gòu)為雙孔，建筑材料為混凝土澆筑，建設(shè)時間為1999年,覆蓋后用途為停車場；

第四段，西干渠地下橋至長風(fēng)街覆蓋段，西干渠樁號為21+472至23+346,全長1 874 m，覆蓋段橫斷面結(jié)構(gòu)為雙孔，建筑材料為混凝土澆筑，建設(shè)時間為2006年至2013年,覆蓋后用途為停車場。

2 覆蓋段淤積情況及淤積原因分析

上述四處覆蓋段，經(jīng)一壩分局工程部門在2013年覆蓋段探查工作中發(fā)現(xiàn)，皆有不同程度淤積。其中，以第一段西干渠興華街至漪汾街覆蓋段淤積最為嚴(yán)重，淤積最深處達1.2 m,淤積物主要為泥沙。鑒于第一段西干渠興華街至漪汾街覆蓋段，覆蓋長度最大、覆蓋時間最早、淤積深度最厚，故作為代表進行淤積原因分析。

2.1 水源含沙

西干渠水源主要來自位于山西省婁煩縣境內(nèi)的汾河水庫，水源自汾河水庫流出后，經(jīng)河道自然流入西干渠渠首，沿線不斷挾帶泥沙。經(jīng)一壩分局2014年早春澆測定，西干渠渠首在輸供水前期，水源含沙量為3.2 kg/m3。經(jīng)對覆蓋段內(nèi)淤積物進行分析，水源所含泥沙是形成淤積物的主要來源。

2.2 縱坡比改變

西干渠渠道縱坡比，從渠首上蘭村起至太原市北部排洪渠止為1/1 500，從太原市北部排洪渠起向南進入太原市市區(qū)后，因地質(zhì)條件變化，渠道縱坡比變?yōu)?/2 000,由于縱坡比減小，造成渠道中水流流速減緩。

2.3 早期無序覆蓋

西干渠興華街至漪汾街覆蓋段，由于建設(shè)時間較早且施工時間較長，受當(dāng)時環(huán)境、資金等因素的限制，該覆蓋段無統(tǒng)一規(guī)劃。多家開發(fā)單位分別各自對西干渠進行了覆蓋施工，彼此相連的覆蓋段施工標(biāo)準(zhǔn)各不相同，按照覆蓋段橫斷面覆蓋孔數(shù)區(qū)別：有部分為單孔、有部分為雙孔；按照覆蓋段兩側(cè)翼墻施工材料區(qū)別：有部分為混凝土、有部分為漿砌石。由于該覆蓋段內(nèi)縱、橫斷面及施工材料的不斷變換，致使覆蓋段內(nèi)水流不穩(wěn)，流速不斷變化。

2.4 水流挾沙能力降低

由于渠道縱坡比的減小與覆蓋段內(nèi)多變的縱橫斷面及施工材料，必然導(dǎo)致渠道水流速度減緩，渠道水位抬高，而根據(jù)水流挾沙能力計算公式：

式中：

S*—水流挾沙能力，kg/m3；

V—渠道水流平均流速，m/s；

g—重力加速度m/s2；

R—水力半徑，可用斷面平均水深h代替；

k—水流挾沙能力系數(shù)，根據(jù)實測資料確定；

m—水流挾沙能力指數(shù)，根據(jù)實測資料確定。

依公式計算，當(dāng)水流平均流速V變小時，必然導(dǎo)致水流挾沙能力S*減小,當(dāng)覆蓋段內(nèi)水流挾沙力S*小于水流含沙量S后，水源所挾泥沙開始在覆蓋段中沉降，這是造成覆蓋段淤積的主要原因。

3 覆蓋段淤積對西干渠的影響

3.1 清淤難度大、費用高

西干渠興華街至漪汾街覆蓋段全長2 008 m，全程無清淤口，形成淤積后，由于受到渠道地形條件限制，無法利用機械進行清淤，只能在覆蓋段南北兩端進出口，利用人工清淤，浪費大量人力、財力。多年來，因清淤經(jīng)費不足、清淤難度大等條件限制，覆蓋段內(nèi)淤積未進行過徹底有效的清理，日積月累致使淤積不斷加重。

3.2 形成瓶頸作用

西干渠修建于上世紀(jì)50年代，設(shè)計流量為12 m3/s，在覆蓋段上游渠道，至今依然可以按照設(shè)計流量運行，而在覆蓋段位置，因淤積原因，現(xiàn)實際流量已不足6 m3/s，渠道輸供水功效在此處形成瓶頸作用，嚴(yán)重制約西干渠的正常運行，且抬高渠道上游水位，對西干渠的安全運行形成嚴(yán)重隱患。

3.3 小流量供水，造成惡性循環(huán)

由于覆蓋段的瓶頸作用，西干渠實際流量遠遠無法達到設(shè)計流量，為保障輸供水任務(wù)，只能拉長輸供水時間進行小流量輸供水，從而降低了渠道自身的輸水挾沙能力，致使渠道內(nèi)水流所挾泥沙在上游渠道及覆蓋段內(nèi)不斷沉淀，造成泥沙淤積的惡性循環(huán)。

4 覆蓋段淤積治理建議

4.1 統(tǒng)一管理，科學(xué)調(diào)配水量

水源挾沙是形成西干渠覆蓋段淤積的最根本原因，故必須在西干渠輸供水運行中，對水源進行科學(xué)調(diào)配。根據(jù)在輸供水前期，水源挾沙量大的特點，可在輸供水前期，先行在上游渠道調(diào)配水量，將含沙水源灌溉農(nóng)業(yè)土地，引泥沙入田，分散沉淀。待水源挾沙量減少后，再開始向下游渠道輸供水，減少進入覆蓋段水源的挾沙量；

4.2 修建沉沙設(shè)施，降低清淤難度及清淤費用

西干渠位于太原市城區(qū)內(nèi)的覆蓋段發(fā)生淤積后，受周邊環(huán)境及渠道地形條件限制只能利用人工進行清淤，不僅施工難度大而且施工費用高，同時清理出的淤積物無處堆放，影響周邊環(huán)境，須及時外運。而巨大的淤積外運量又造成巨額的清運費用，參照汾河灌區(qū)歷年清淤決算，僅清運費用一項就占用了大部分的工程款。為減少清淤難度及清淤費用，可在覆蓋段上游便于清淤、清運的明渠段修建沉沙渠、沉沙池等沉沙設(shè)施，強行減緩水流，降低水流挾沙力，人為使水源所挾泥沙在明渠段進行沉淀，減少進入覆蓋段水源的泥沙含量。而沉淀在明渠段沉沙設(shè)施內(nèi)的淤積物，則可利用機械進行清淤，根據(jù)水利工程預(yù)算定額，人工清淤單價為2 171元/100 m3，機械清淤單價為1 073元/100 m3，僅以不同的施工方式計算，兩項施工方式的定額差價，每單位立方米即可節(jié)約清淤費用1 098元。

4.3 統(tǒng)一規(guī)劃、逐步恢復(fù)覆蓋段正常輸水能力

覆蓋段內(nèi)不斷變化的縱橫斷面及施工材料，是形成覆蓋段淤積的主要原因之一。為恢復(fù)覆蓋段正常輸水挾沙能力，需對現(xiàn)有覆蓋段淤積進行逐段清淤，并對覆蓋段縱橫斷面進行合理改造，逐步修正、統(tǒng)一覆蓋段橫斷面結(jié)構(gòu)及渠道縱坡比，對覆蓋段內(nèi)進行襯砌，減小阻水糙率，提高流速，恢復(fù)覆蓋段內(nèi)設(shè)計流量12 m3/s的輸水能力，提高水流挾沙能力，減少泥沙沉降。

5 結(jié)論

由于水源挾沙，渠道淤積在所難免。但是存在于覆蓋段內(nèi)的淤積，不僅阻塞渠道，降低渠道輸水挾沙能力，且由它造成的渠道輸供水瓶頸作用，更是形成了渠道淤積的惡性循環(huán)，是西干渠輸供水功效降低、淤積加劇的結(jié)癥所在。通過對水量的科學(xué)調(diào)配及修建沉沙設(shè)施減少進入覆蓋段內(nèi)水源的泥沙含量，逐步修正覆蓋段的縱橫斷面，恢復(fù)渠道覆蓋段設(shè)計流量，為治理覆蓋段淤積的有效措施。