尊村引黃灌區(qū)渠道泥沙含量與粒徑級(jí)配研究

魏楊 歐陽(yáng)前超 周霞 張超波

摘要尊村引黃灌區(qū)是山西省一座大型多級(jí)提水灌溉工程。由于所引黃河水的泥沙含量較高，導(dǎo)致灌渠泥沙淤積問(wèn)題十分嚴(yán)重，影響到了渠道的正常運(yùn)行。為了掌握灌區(qū)渠道水沙分布規(guī)律，緩解渠道淤積問(wèn)題，在尊村二干渠設(shè)立7個(gè)觀(guān)測(cè)面開(kāi)展泥沙含量與粒徑級(jí)配觀(guān)測(cè)和分析。研究結(jié)果可為灌區(qū)管理和節(jié)水減沙工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞渠道；含沙量；顆粒級(jí)配；尊村

中圖分類(lèi)號(hào)S274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）31-0205-02

AbstractZuncun Irrigated Area of Yellow River Diversion Project is a large multistage project for irrigation in Shanxi Province. Because of the sediment concentration of the Yellow River is higher， the sedimentation problem of irrigation canal is very serious， affecting the normal operation of the canal. In order to grasp the irrigation canal of distribution regularity of water and sediment and ease the aggradation of canal， seven observation surfaces in Zuncun secondary trunk ditch was set up to monitor water and sediment in this study. The study results can provide a basis for irrigation district management and watersaving and sediment reduction.

Key wordsIrrigation canal；Sediment concentration；Sand grading；Zuncun

引黃灌溉事業(yè)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，黃河的灌溉面積已達(dá)733.23萬(wàn)hm2，占全國(guó)灌溉面積的13.8%[1]，引黃泥沙在灌區(qū)內(nèi)有33%淤在沉沙池，35%淤在干渠渠道[2]，引黃灌區(qū)渠系淤積已經(jīng)成為一個(gè)很?chē)?yán)重的問(wèn)題[3]。黃河的主要特征是水少沙多，引水必引沙，遠(yuǎn)距離泥沙輸送是解決泥沙問(wèn)題的關(guān)鍵之一[4]，引黃灌區(qū)渠系泥沙淤積很?chē)?yán)重，降低了渠道的輸水輸沙能力，影響了灌區(qū)的正常運(yùn)行，尤其是高揚(yáng)程提水引黃灌區(qū)渠道此問(wèn)題頗為突出。因此，深入研究高揚(yáng)程提水灌區(qū)渠道的水流挾沙特性，研究引黃灌區(qū)渠系水沙分布規(guī)律，可為灌區(qū)調(diào)度運(yùn)行方式提供技術(shù)支撐，對(duì)于合理利用黃河水沙資源、優(yōu)化灌區(qū)管理和節(jié)水減沙工作，促進(jìn)引黃灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1研究區(qū)概況

1.1基本情況

尊村灌區(qū)是山西省一座大型多級(jí)提水灌溉工程，1976年動(dòng)工興建，1978年上水受益。渠首樞紐工程位于永濟(jì)市西北黃河小北干流中段的尊村咀上，上距禹門(mén)口78.0 km，下距潼關(guān)54.5 km。灌區(qū)主要受益范圍為涑水河流域的永濟(jì)、臨猗、鹽湖、夏縣、聞喜五縣（市、區(qū)）的44個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，596個(gè)行政村，農(nóng)業(yè)人口74.11萬(wàn)人，總耕地面積12.47萬(wàn)hm2。同時(shí)還承擔(dān)著運(yùn)城市城市和工業(yè)供水任務(wù)。該工程建設(shè)規(guī)模為九級(jí)三十一站，設(shè)計(jì)揚(yáng)程165.44 m，總裝機(jī)6.14萬(wàn)kW，設(shè)計(jì)提水流量46.50 m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積1107萬(wàn)hm2。灌區(qū)總干渠1條，長(zhǎng)113.554 km；分干渠5條，長(zhǎng)136.753 km；支渠134條，長(zhǎng)776.589 km[5]。

1.2試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)研究灌區(qū)在分干東下段，研究區(qū)總長(zhǎng)為5 767 m，鋪設(shè)的研究斷面為7個(gè)，二干渠為預(yù)制砼板防滲的梯形斷面，渠道縱坡1/4 000。

觀(guān)測(cè)面的選擇：在干渠前段合適的位置從渠首往渠尾方向選取了7個(gè)觀(guān)測(cè)斷面分別進(jìn)行標(biāo)記，1號(hào)至2號(hào)斷面，3號(hào)至7號(hào)斷面之間的渠道為直線(xiàn)段，2號(hào)至3號(hào)斷面之間有彎道，2號(hào)和3號(hào)斷面分別在彎道的上下游處，且前3個(gè)觀(guān)測(cè)斷面地勢(shì)較高、水面較寬、渠道較深，后4個(gè)觀(guān)測(cè)斷面地勢(shì)較低、水面較窄，渠道平緩。對(duì)選取的斷面進(jìn)行斷面平均含沙量、懸沙級(jí)配的觀(guān)測(cè)與分析。泥沙粒徑級(jí)配采用馬爾文激光粒度分析儀測(cè)定。

觀(guān)測(cè)點(diǎn)的選擇：渠道水深絕大部分時(shí)間內(nèi)在1 m左右，考慮到取樣的每個(gè)斷面只選取5個(gè)觀(guān)測(cè)點(diǎn)，斷面取點(diǎn)示意圖如圖1所示。

泥沙的測(cè)量方法有很多[6]，該研究采用橫式泥沙取樣器取樣，每個(gè)點(diǎn)上取樣2次，點(diǎn)1、2、3在渠道兩側(cè)和中間，水面剛淹沒(méi)取樣器時(shí)；點(diǎn)4在渠道軸線(xiàn)上，在渠道半深處且淹沒(méi)取樣器時(shí)；點(diǎn)5在渠道軸線(xiàn)上，取樣器剛沉到渠底時(shí)。取回的水樣，每個(gè)點(diǎn)取200 mL過(guò)濾，先將濾紙和濕沙風(fēng)干然后用烘箱烘干，再記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，按下列公式計(jì)算含沙量：

為解決黃河水源泥沙含量大的問(wèn)題，灌區(qū)于2003年在一干段修建容積為290萬(wàn)m3的湖泊形沉沙池一座，運(yùn)行初期沉沙效果較好，由于經(jīng)過(guò)近十年運(yùn)行現(xiàn)已淤積約200萬(wàn)m3，沉沙效果明顯下降。而2008年在沉沙池進(jìn)水口配套的廊道式排沙工程，雖將大部分粗沙排至護(hù)岸內(nèi)河道，但沉沙池仍存在出口含沙量偏高及處理后的水流無(wú)法自流至沉沙池出水閘等問(wèn)題。

2.2觀(guān)測(cè)泥沙含量

表3為泥沙在7個(gè)觀(guān)測(cè)斷面的5個(gè)位置的含量。渠道的平均含沙量變化范圍在0.637～0.813 kg/m3，較多年平均含沙量（2～3 kg/m3）低，因?yàn)槎嗄旰沉繑?shù)據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于渠道一級(jí)站或距離黃河較近的渠道水文站，泥沙在進(jìn)入渠道后開(kāi)始逐漸淤積，在渠道輸送過(guò)程中，泥沙含量逐漸減少?？梢?jiàn)，黃河引水來(lái)沙量較大，渠道在長(zhǎng)期灌溉過(guò)程中的淤積泥沙量也較大。

2.3泥沙顆粒級(jí)配

泥沙顆粒級(jí)配是影響泥沙運(yùn)動(dòng)的重要因素，在河道整治與防洪、灌溉、渠道沖於平衡等研究時(shí)，都需要了解泥沙顆粒級(jí)配的資料。

按美國(guó)制計(jì)算細(xì)沙粒徑為0.01～2.00 μm；中沙粒徑為2.00～50.00 μm；粗沙粒徑為50.00～2 000.00 μm。渠道細(xì)沙所占比例平均值為23.02%，中沙為66.68%，粗沙為1030%。由圖2可以看出，在觀(guān)測(cè)渠段內(nèi)中沙所占比例整體上有所增大，細(xì)沙所占比例變化幅度不大，而粗沙所占比例有所減小。斷面4至斷面5渠段各組分泥沙所占比例有明顯的變化，推測(cè)由于斷面4后面的渠道相較前面的渠道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e變小，水流流速變大，渠道受到一定程度的沖刷，渠底淤積的沙被沖起，導(dǎo)致渠段內(nèi)中沙和粗沙所占比例增大，細(xì)沙比例減小。

3結(jié)論

觀(guān)測(cè)斷面的引水中細(xì)沙偏多，渠道的平均含沙量較歷史

多年平均含沙量低，由于渠道部分經(jīng)過(guò)改造部分仍維持天然形態(tài)，含沙量變化無(wú)明顯規(guī)律；不同引水條件的引黃灌區(qū)，其引沙粗細(xì)也有所不同，該研究灌區(qū)引水中細(xì)沙所占比例達(dá)到了89.70%，粗沙所占比例只有10.30%，且細(xì)沙含量變化不明顯，粗沙含量沿程呈遞減的趨勢(shì)，泥沙整體的淤積情況良好，其證實(shí)了一干渠首的沉沙池和西下村段部分渠道的改造起到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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