引黃灌區(qū)渠道淤積問題分析及減淤措施研究

張曉紅

【摘要】隨著黃河下游地區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展，引黃灌區(qū)泥沙淤積問題已經(jīng)成為制約灌溉工程效益的發(fā)揮和灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。文中在分析引黃灌區(qū)渠道淤積原因的基礎(chǔ)上，根據(jù)黃河泥沙治理的原則，對渠道淤積泥沙進行分散處理，提出幾種切實可行的處理措施，研究成果對引黃灌區(qū)泥沙處理和灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

【關(guān)鍵詞】引黃灌區(qū)；泥沙；渠道淤積；分散處理

引言

20世紀90年代以來，隨著地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，引黃取水規(guī)模迅速增大，黃河水量逐年減少，黃河河口段斷流次數(shù)逐年增加，引黃灌區(qū)今后將會越來越多地面臨著需水期無水可引，非需水期采取引黃蓄水和引用汛期含沙量較高的渾水問題。大量的黃河泥沙進入引黃灌區(qū)，灌區(qū)渠道和沉沙池泥沙淤積嚴重，泥沙清淤需要大量資金投入，堆沙造成沙化、占壓大量耕地等經(jīng)濟、環(huán)境和社會問題。灌區(qū)泥沙安置問題更為突出?！饵S河流域（片）水利發(fā)展“十五”規(guī)劃》中明確提出，“洪水威脅、水資源供需矛盾尖銳、生態(tài)環(huán)境已成為黃河流域水利發(fā)展所面臨的主要問題，是區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素”。

1、引黃灌區(qū)輸水渠道淤積原因

1.1黃河小北干流含沙量較大

引黃提水工程一級站位于黃河中下游的小北干流河上，小北干流屬于典型的平原游蕩性河道，穿越于秦晉兩省黃土高原之間，河道坡陡流急，沿岸溝壑縱橫、土質(zhì)松散，植被較差，水土流失嚴重。另一個原因是地形上陡下緩，平面形態(tài)呈啞鈴狀，由于流速減慢，加之是三門峽水庫的庫尾，泥沙淤積比較嚴重，灘槽高差小，水源本身含沙量較大。再加上，灌區(qū)的需水高峰期（時值三伏大旱）正處于黃河發(fā)汛期，也加大了灌溉水中的含沙量。

1.2長期小流量引水導(dǎo)致渠道淤積加重

引黃灌區(qū)的設(shè)計流量為46.5m3/s，但是由于受管理體制、水利設(shè)施、灌溉制度、灌水定額等眾多因素制約，輸水干渠常處于非設(shè)計工況運行。根據(jù)灌區(qū)多年用水量統(tǒng)計，干渠平均流量在28m3/s左右，遠遠小于渠道的設(shè)計流量，而干渠各段渠道斷面尺寸和渠道比降是按設(shè)計流量計算得到的。這樣就造成了在渠道大斷面上，通過的是小流量，渠道內(nèi)水流速度減小，大量泥沙沉積下來，導(dǎo)致渠道斷面的嚴重淤積。

1.3渠道設(shè)計不妥對渠道造成的淤積

由于河套灌區(qū)為平原灌區(qū)，渠道大多為緩坡降、寬淺式渠道。在目前的節(jié)水改造工程中，特別是在斗、農(nóng)渠的襯砌過程中，往往要改變原有渠道的斷面，將原來的寬淺式渠道大多都改為U型槽或加寬U型槽，與原來的土渠相比，寬深比發(fā)生了很大變化。而且受上級渠道節(jié)制能力的限制，這些渠道在改變斷面后要滿足引水量的需要，往往降低了渠底的位置。這樣，在運行過程中其斷面流速發(fā)生了很大的變化，加之下級渠道取水口位置偏高，形成了渠道垂線流速分布變化較大，表流速較快，底流速較慢，淤積嚴重。這種現(xiàn)象在西濟示范區(qū)普遍存在。

2、輸水渠道減淤措施

2.1減少過水斷面面積，加大渠道水流速度

由于引黃灌區(qū)的灌溉用水量常常達不到設(shè)計所要求的用水量，而渠道斷面設(shè)計是根據(jù)設(shè)計流量確定的，這樣導(dǎo)致干渠實際通過的流量遠小于設(shè)計流量，渠道流速減小，挾沙能力小，泥沙淤積量大?？刹捎脺p小過水斷面面積的方法，增強渠道的輸沙能力。例如引黃灌區(qū)五級站干渠時常通過的流量是設(shè)計流量的一半時，可將干渠過水斷面減小一半，在清淤時，可只清理一半斷面即可。這樣渠道中的流速大，增大渠道的輸沙能力。

2.2沉沙池動態(tài)運行調(diào)控

受地形條件限制，可開辟沉沙池的場所決定了沉沙池占地面積，為延長沉沙使用年限，沉沙池應(yīng)像水庫的“調(diào)節(jié)”庫容一樣起到調(diào)沙作用。當含沙量高的挾沙水流入沉沙區(qū)時，泥沙沉下來，沉沙區(qū)起削減含沙量的作用，減小入渠含沙量。當含沙量低的挾沙水流入沉沙區(qū)時，區(qū)內(nèi)形成沖刷狀態(tài)，將淤積下來的泥沙沖走一部分，騰出部分容積。

2.3坑塘蓄水，分散沉沙

采用坑塘蓄水作為農(nóng)業(yè)用水，可以充分利用汛期洪水擴大灌區(qū)供水能力，并在缺水時成為重要的儲備水源，尤其受旱時可作為生活必備用水。坑塘蓄水在建設(shè)和蓄水運行中也可以利用提水和兩用水庫模式，四周沉沙，滾動增大蓄水容積。實踐證明，坑塘蓄水既可以保持良好的生態(tài)環(huán)境，且容易做到蓄水設(shè)施分布合理。坑塘蓄水還具有供水方便、成本低，為推廣節(jié)水技術(shù)和回補地下水創(chuàng)造條件，減輕河道排洪壓力等優(yōu)點。

2.4優(yōu)化渠道斷面結(jié)構(gòu)，增強渠道挾沙能力

渠道挾沙能力與流速、過水斷面水力半徑、泥沙沉降速度有關(guān)。通過優(yōu)化渠道斷面結(jié)構(gòu)、增大渠道比降、減小渠道糙率（渠道襯砌）、調(diào)整斷面形態(tài)，來提高渠道的挾沙能力。在保證輸水渠道少淤或不淤的情況下，把較細顆粒送入支渠以下各級渠道，或?qū)⒓氼w粒泥沙送入田間，達到遠距離輸沙、分散處理泥沙的目的。渠道挾沙能力應(yīng)以沖淤平衡為原則，首先分析不沖不淤流量與引水含沙量的關(guān)系，然后計算出不同引水含沙量情況下各渠道不淤的最小流量。在運行過程中，要求渠道實際通過的流量必須大于不淤的最小流量，當實際流量遠小于這一流量時，就關(guān)閘停灌。干渠斷面結(jié)構(gòu)改造可借鑒夾馬口引黃灌區(qū)經(jīng)驗，有序地將干渠寬淺式梯形斷面改造為弧形坡角梯形斷面，增大過水斷面水力半徑，增大渠道比降，挾沙能力可提高了3-4倍；其次是利用支、斗渠縱坡較大的先天優(yōu)勢和U型渠道的改造，可將一部分細顆粒泥沙進入田間，一方面有利于作物生長，另一方面對泥沙進行了分散處理。支渠以上的骨干渠道，含沙量大時應(yīng)允許有所淤積，含沙量小時應(yīng)允許有所沖刷，保持沖淤平衡。

結(jié)語

引黃灌區(qū)多年來一直在研究解決泥沙的處理問題，雖然取得了一些進展，但仍不能有效解決干、支渠的泥沙淤積處理費用過高的難題。本文僅是對輸水渠道泥沙淤積分散處理方案進行了研究，提出了幾種可行方案，還需要在工程實踐中不斷完善和改進，使之更好地發(fā)揮泥沙處理效果，真正實現(xiàn)引黃灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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