沿黃灌溉取水工程應(yīng)用研究進(jìn)展綜述

王 毅

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁縣 030900）

0 引言

黃河流域獨(dú)特的地理區(qū)位，決定了引黃灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要地位。新中國(guó)成立后，黃河中上游地區(qū)先后建成一大批電力提灌工程，引黃灌溉事業(yè)發(fā)展迅速。誠(chéng)然近年來(lái)黃河水沙情發(fā)生重大變化，含沙量較20世紀(jì)60、70年代呈減少趨勢(shì)，但不可否認(rèn)的是黃河依然是多泥沙河流，沿黃傍河取水泥沙問(wèn)題仍是重大技術(shù)難題，對(duì)引（提）工程成敗起決定性作用的關(guān)鍵因素。

1 生產(chǎn)實(shí)踐方面的研究進(jìn)展

各地灌區(qū)管理者針對(duì)沿黃取水灌溉工程建設(shè)管理存在的問(wèn)題開(kāi)展了大量生產(chǎn)實(shí)踐工作。山東省簸箕李[1]、小開(kāi)河[2]等引黃灌區(qū)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始觀測(cè)取水量及含沙量，1993年開(kāi)始觀測(cè)懸沙級(jí)配，為研究灌區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)灌區(qū)沉沙條渠泥沙沖淤特性和機(jī)理進(jìn)行了深入的分析研究，總結(jié)出一系列適宜當(dāng)?shù)氐哪嗌持卫矸椒ā＿\(yùn)城浪店水源工程[3]可行性研究階段曾提出固定泵站、浮船泵站、泵車抽水、水平移動(dòng)式軌道泵站等取水方案予以比較，最終經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)論證，通過(guò)試驗(yàn)研究，選擇浮箱站取水方式，解決了黃河小北干流的游蕩性、多泥沙特點(diǎn)河段取水難題。山西省尊村引黃工程[4]1998年一級(jí)站水源脫流后，尊村引黃局申請(qǐng)世界銀行貸款興建浮船泵站解決尊村引黃水源問(wèn)題。2009年該灌區(qū)采用“偏側(cè)進(jìn)水、側(cè)槽溢流”的工程思路，興建“沉砂池自排沙廊道工程”，工程設(shè)計(jì)排沙流量0.8～2.4 m3/s，間歇排沙耗水比3%以下，排除粒徑大于0.1 mm的特粗泥沙100%（占淤積泥沙的70%），可比原沉沙池（占地65.7 hm2）節(jié)約耕地63.3 hm2，利用沉沙池活水養(yǎng)殖、休閑娛樂(lè)，節(jié)約大量渠道清淤費(fèi)用。姚洪波等[5]結(jié)合黃河統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)用模式和工程運(yùn)行實(shí)際情況，對(duì)三門峽市槐扒黃河提水工程進(jìn)水口取水方式進(jìn)行必要的修正，大幅提高工程供水能力。湖南隆回縣水廠項(xiàng)目[6]采用一種新型江底取水工藝的隧道設(shè)計(jì)，利用河床底部天然濾床的垂向滲流和濾凈功能，將地表江河水轉(zhuǎn)化為河床潛流水，再通過(guò)在河床下的滲濾系統(tǒng)將地下水收集取出地表。該工藝能通過(guò)江底反向鉆孔群等工程措施取出地表水，是在天然濾床滲流井取水技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型反向取水技術(shù)。

2 科研方面的研究進(jìn)展

隨著引黃灌溉事業(yè)的發(fā)展，廣大科研工作者在理論分析和工程應(yīng)用方面開(kāi)展了大量研究。張治暉等[7，8]利用輻射井在黃河下游灘地等地區(qū)開(kāi)發(fā)地下水資源進(jìn)行試驗(yàn)研究，進(jìn)一步完善傍河松散質(zhì)含水層輻射井的成井工藝。張鶴等[9]對(duì)不同分流比工況下彎道凹岸橫向取水口水力特性進(jìn)行的試驗(yàn)研究，并通過(guò)分析比較總結(jié)了各種工況下取水?dāng)嗝娣炙畬挾?、流速流?chǎng)分布、紊動(dòng)強(qiáng)度和紊動(dòng)動(dòng)能等特性的變化規(guī)律。胡春宏等對(duì)引黃取水新模式中引水復(fù)式斷面的合理性、浮動(dòng)泵站溯源沖刷及環(huán)形條渠泥沙均勻淤積的可能性等方面進(jìn)行了理論分析，初步論證了引水模式具有一定的合理性（參見(jiàn)中國(guó)水利學(xué)會(huì)2001學(xué)術(shù)年會(huì)論文集）。陳崇希等[10]提出了“滲流-管流耦合模型”，為準(zhǔn)確地計(jì)算滲流井的出水量提供了理論依據(jù)。王瑋等[11，12]在分析滲流井特征的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入等效滲透系數(shù)，構(gòu)建滲流井取水的“滲流—管流耦合模型”，建立了滲流井取水的數(shù)學(xué)模型，提出了滲流井取水計(jì)算模型，并在“滲流-管流耦合模型”的基礎(chǔ)上，對(duì)干旱半干旱地區(qū)滲流井取水技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，成功將滲流井取水技術(shù)應(yīng)用于陜西省吳堡縣橫溝黃河谷地滲流井采水等多個(gè)水源地項(xiàng)目。王允麒等[13]通過(guò)對(duì)集取河床滲透水大口井集水流網(wǎng)與隔水邊界附近取水井集水流網(wǎng)的分析對(duì)比，應(yīng)用滲流理論中的鏡象法與勢(shì)流疊加原理，得出了集取河床滲透水大口井的出水量計(jì)算模型，經(jīng)試驗(yàn)?zāi)M及生產(chǎn)驗(yàn)證，可滿足工程實(shí)用要求。史紅玲等[14]提出引黃灌區(qū)泥沙處理和利用的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了新形勢(shì)下傳統(tǒng)泥沙處理技術(shù)存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，肯定了渠道泥沙長(zhǎng)距離輸送的灌區(qū)泥沙處理發(fā)展方向，并例舉了渠道不同部位設(shè)置提水設(shè)施對(duì)于引黃灌區(qū)泥沙利用、處理和輸送等方面的作用和效果。張淑萍[15]結(jié)合運(yùn)城市15處提黃泵站多年運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出采用防、沉、輸、淤工程處理泥沙，能有效地減小水泵磨損，提高泵站效率。趙永安[16]對(duì)尊村引黃灌區(qū)的泥沙提出了“避沙、防沙、沉沙、輸沙”的處理對(duì)策，在分析泥沙處理標(biāo)準(zhǔn)后，選擇了凹地湖泊型沉沙方式，并提出了泥沙運(yùn)行沉降的管理方案。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院[17]從1980年開(kāi)始，對(duì)輻射井技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，著手研究輻射井在亞黏土、粉土、粉砂、粉細(xì)砂、細(xì)砂等弱透水層中的成井工藝和應(yīng)用問(wèn)題，取得突破性進(jìn)展，尤其是水平輻射管采用管濾結(jié)合的柔性塑料波紋管代替鋼管，解決了弱透水性含水層尤其是粉砂、粉細(xì)砂含水層成井難的問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)利用弱透水含水層地區(qū)地下水資源提供了新的途徑。

3 建議與展望

通過(guò)對(duì)引黃灌區(qū)取水工程應(yīng)用方面的研究文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，可以發(fā)現(xiàn)：生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，以開(kāi)展灌溉季節(jié)黃河水特征含沙量觀測(cè)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合各地實(shí)際進(jìn)行取水構(gòu)筑物的科學(xué)選型，并嘗試新技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐是當(dāng)前的主要趨勢(shì)?？茖W(xué)研究環(huán)節(jié)中，主要集中在滲流井出水量計(jì)算模型校正或主要參數(shù)閾值界定、特定水工取水構(gòu)筑物數(shù)值模型或物理模型試驗(yàn)、以及滲流井成井工藝創(chuàng)新等領(lǐng)域?；谝陨锨闆r，建議今后在充分了解項(xiàng)目區(qū)自然地理、地質(zhì)地貌和水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)取水工程外部連續(xù)性天然河床介質(zhì)的透水性進(jìn)行深入研究，結(jié)合現(xiàn)有典型取水工程的原型觀測(cè)，開(kāi)展工程供水保證率和泥沙淤塞、淤沉規(guī)律分析評(píng)價(jià)，應(yīng)積極探尋更多滿足沿黃傍河取水濾體介質(zhì)，及其改善滲透性的反沖洗方式，進(jìn)一步探究具有取水、濾水功能，成本低廉且易于管理的人工構(gòu)筑物。此外，還應(yīng)開(kāi)展引水時(shí)段黃河泥沙含量歷史規(guī)律分析和模型預(yù)報(bào)?？傊?，應(yīng)充分總結(jié)已有工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，降低機(jī)泵設(shè)備磨損風(fēng)險(xiǎn)，減少運(yùn)營(yíng)成本，全面發(fā)揮和提高工程效益，為相關(guān)部門宏觀管理、科學(xué)決策提供重要技術(shù)支撐，全面提升提黃工程科學(xué)取水水平，提高水資源與綜合保障能力，促進(jìn)水利技術(shù)管理水平的進(jìn)步。