尊村引黃灌區(qū)渠道水流挾沙力研究

魏楊　歐陽前超　周霞　張超波

摘要[目的]掌握尊村引黃灌區(qū)渠道的沖淤情況。[方法]以尊村引黃灌區(qū)二干渠為研究對象，分析了渠道的挾沙力及影響因素。[結(jié)果]渠道夏灌時挾沙力要比春灌時大，不同灌溉期觀測斷面挾沙力的變化趨勢基本一致；影響渠道挾沙能力的主要因素有流量、來沙含量等。[結(jié)論]該研究結(jié)果為解決渠道淤積問題提供了參考。

關(guān)鍵詞 尊村引黃灌區(qū)；含沙量；流量；挾沙力

中圖分類號 S274.5；TV146 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）11-0167-03

水流挾沙力是泥沙研究的重要對象。水流挾沙力是反映河床處于沖淤平衡狀態(tài)下水流挾帶泥沙能力的綜合性指標，是設(shè)想中的河床沖淤平衡時的含沙量。由于黃河的多沙特性，導致引黃灌溉灌區(qū)渠道嚴重淤積，因此，挾沙能力研究是引黃灌溉工作的重要研究內(nèi)容，也是影響引黃灌區(qū)事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，國內(nèi)外關(guān)于挾沙能力開展了大量研究。研究引黃灌區(qū)渠道挾沙能力可以解決渠道的淤積問題，能為灌區(qū)調(diào)度運行方式提供技術(shù)支撐，對于灌區(qū)水沙資源的合理利用、優(yōu)化灌區(qū)水沙調(diào)度工作以及尊村引黃灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展有一定的指導意義。筆者以尊村引黃灌區(qū)二干渠為研究對象，分析了渠道的挾沙力及影響因素，以期為解決渠道淤積問題提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1灌區(qū)自然條件 尊村灌區(qū)多年平均降水量為540mm，汛期一般為6-9月，降雨集中，且多暴雨及雷陣雨，汛期降水量占全年的60%以上，降水量年際變化較大。年平均氣溫13℃，灌區(qū)有冰凌，一般自12月下旬開始，至次年3月中旬終止。

研究灌區(qū)在二干渠東下段，東下站位于臨猗縣七級鎮(zhèn)張家卓行政村正南，東下分干渠渠首接東下站出水池，長31.63km，布置支渠13條。分干渠于1985年建成，設(shè)計灌溉面積1.098萬hm²，設(shè)計流量為5.67m³/s，干渠設(shè)計縱坡比為1：4000。

1.2取樣設(shè)計與計算

1.2.1取樣斷面位置。在現(xiàn)有的研究條件下，在于渠前段合適的位置從渠首往渠尾方向選取了7個觀測斷面分別進行標記，取樣斷面空間位置見圖1。渠道斷面間距總長為5767m。

1.2.2斷面取樣點布設(shè)。觀測渠道是梯形斷面渠道，觀測期間水深在0.5～1.5m，在各斷面布設(shè)3條垂線進行泥沙采樣，每個斷面布設(shè)5個取樣點（圖2）。點1、2、3：在渠道兩側(cè)和中間，水面剛淹沒取樣器時；點4：在渠道軸線上，在渠道半深處且淹沒取樣器時；點5：在渠道軸線上，取樣器剛沉到渠底時。

1.2.3水流挾沙力計算。水流挾沙力是指在一定的水流泥沙條件下，河流處于不沖不淤的平衡狀態(tài)時，單位水體中所能攜帶的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)的數(shù)量的平均值，又稱為飽和含沙量或者臨界含沙量。以2016年4月春灌和8月夏灌實測泥沙資料和室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)計算挾沙力，水流挾沙能力計算公式為：

2結(jié)果與分析

2.1挾沙力的沿程變化 由圖3可知，二干渠東下段的平均挾沙能力在每次灌溉期間整體上變化不大，春灌和夏灌各個斷面的挾沙力變化沒有明顯的規(guī)律，變化趨勢大體一致。這主要是因為這2個灌水期渠道內(nèi)流量都不大且變化范圍小，使得2個灌水期觀測斷面挾沙力變化趨勢基本一致。即從斷面I到斷面Ⅳ、斷面V到斷面Ⅶ沿程呈遞減的趨勢，而從斷面Ⅳ到斷面V挾沙力沿程增大，可能原因是斷面V過水斷面面積較斷面Ⅳ變小（表1），流量變化不大，而導致斷面V流速增大，從而導致斷面V挾沙力增加。

2.2挾沙力與流量的關(guān)系 由圖4可知，春灌時挾沙力為O.5kg/m³左右，夏灌時挾沙力為2.0kg/m³左右。二干渠東下段的挾沙力呈增大的趨勢，主要是因為在小流量的情況，含沙量變化不大，挾沙力隨著流量的增大而增大。

春灌和夏灌時渠道挾沙力隨著流量的增大而增大，反之亦然，說明挾沙力和流量呈正相關(guān)，表明在其他水力條件變化不大的情況下，流量對挾沙力有較大影響。當渠道流量小于設(shè)計流量時渠道易淤積，從而使渠道的斷面形態(tài)及水力條件改變，使渠道的糙率變大，渠道進一步淤積，渠道的挾沙能力降低。

2.3挾沙力與含沙量的關(guān)系 由圖5可知，春灌時渠道各個斷面的挾沙力均小于懸沙含量，表明渠道處在淤積狀態(tài)。春灌時流量小，渠道淤積，挾沙能力降低。夏灌時挾沙力大于懸沙含量，表明渠道處在相對平衡狀態(tài)或沖刷狀態(tài)。二干渠鋪設(shè)了混凝土板襯砌，流量不斷增大，提高了渠道的挾沙能力，減少了渠道的淤積情況。渠道臨界含沙量隨著流量的增大而增大，渠道來水含沙量越大，渠道內(nèi)懸沙含量越大。二干渠在以臨界含沙量時的流量運行時，二干渠的挾沙力隨著來水含沙量的增大而增大。

3結(jié)論

通過在尊村二干渠東下段5767m渠道范圍內(nèi)設(shè)立觀測面，測定2016年春季和夏季灌水期間相關(guān)泥沙數(shù)據(jù)，運用相關(guān)理論分析渠道的挾沙能力，得出如下結(jié)論：

（1）不同灌水期各個斷面的挾沙力無明顯變化規(guī)律，但變化趨勢大體一致。由于渠道的淤積情況不同，渠道的水力條件不同，挾沙力變化無明顯規(guī)律。

（2）在一定的流量下，挾沙力隨著流量的增大而增大。隨著流量的增大，水流能使較細的床沙起動，隨著水流運動到渠道的下游，所以渠道的挾沙力增大。

（3）影響渠道挾沙能力的主要因素有流量、來水含沙量等。渠道挾沙能力的影響因素還有很多，分析時應(yīng)全面考慮，比如渠道斷面設(shè)計參數(shù)、水流速度、與泥沙顆粒級配粗細、渠道床面泥沙淤積情況等。