金沟河引水渠三级排沙系统泥沙处理效果分析(图)

　　摘要：新疆金沟河泥沙含量大，由于排沙不力，由泥沙危害造成的水量供需矛盾日益突出。为此，采用三级排沙系统（大闸--排沙涡管--排沙漏斗）取代了以前的“全引全排”定期间歇性引水排沙模式。经排沙测验，采用该系统，既可有效排沙，又可发挥引水工程的最大效益，提高水资源利用率，解决水资源短缺矛盾，给灌区带来巨大的经济和社会效益。因此，其应用前景十分广阔。

　　关键词：三级排沙系统；泥沙处理；应用；新疆全沟河

　　中国分类号：TV14 文献标识码：A

　　1 概述

　　河流泥沙问题一直受到世界普遍关注，解决河渠泥沙灾害，是水利工作者们多年来的攻关难题。新疆地处祖国西部，属于旱区，其山溪性河流水含沙大，在引水的同时也引进了大量泥沙，洪水期水流含沙量高达7-14kg/m3，推移质泥沙约占悬移质泥沙的8%-20%，泥沙的进入使水利工程受损严重，增加了运行管理费用，加快了土地沙化速度，恶化了生态环境，破坏了农业生产条件，给国民经济和社会可持续发展造成了极大危害。

　　2 工程概况及其存在的问题

　　金沟河引水枢纽始建于1960年，1962年投入运行，是侧面引水、正面排沙的第一代费尔干式人工弯道引水渠首，由非常泄洪闸、溢流堰、泄洪冲沙闸、进水闸及上、下游导流堤组成。进水闸后是880m长的曲线沉沙池，沉沙池末端布设了6孔排沙廊道，引水总干渠长54km。

　　渠首建设初期，灌区土地面积较小，灌区需水少，引水量小，排沙水相对较多，加之渠首上、下游纵坡大，渠道运行较好。进入20世纪80年代，随着渠道上、下游泥沙逐渐淤积，河床不断抬高。由于闸前弯道过宽，常年不能满槽行水，致使环流强度减弱，河床槽内严重淤积，从而导致工程原设计方案的引水与排沙功能被破坏。金沟河泥沙含量大，工程在运行时很难解决好引水和排沙的矛盾，因此，在一般年份运行时，只能采取“全引全排”的定期间歇性引水排沙模式。由于灌溉用水紧张，定时排沙效果较差，渠首排沙和泄水功能不能得到很好发挥，造成闸前闸后淤积量增加。据统计，近三年上、下游河道平均抬高3-4m。

　　由于排沙不力，泥沙游积危害在洪水期显得尤为突出。泥沙淤积使闸前过水断面骤减，闸孔过流能力减小，闸后泄洪通道不畅，直接危害及渠首安全运行。渠道排沙功能的衰退，使曲线沉沙池的6孔排沙廊道全部淤堵无法使用。进入洪水期时，为满足农业需水要求，部分时段引水率高达90%，造成无水排沙，致积、磨损严重，而且使渠道中游的南五宫水库在10a之内淤积成平原，每年用于工程维修及清淤费用超过300万元，由于泥沙磨损造成的垮渠每年多达10多次，每次直接经济损失在10万元以上。泥沙危害造成的水量供需矛盾日益突出，这一问题急需解决。

　　3 系统分水分沙原理及其布置

　　3.1 原理

　　新疆山区性河流泥沙粒径范围分布广，含沙量大，流量变幅大，泥沙来量与流量成正相关，水流的携沙量随着流速的增加而增加。现有引水工程大多采用单一的排沙技术，对多沙河流整体防沙排沙有诸多局限性。随着引水比的不断提高，排沙用水越来越少，对于进入干渠的泥沙，单一使用涡管或漏斗进行排沙，在引水比重大、入渠泥沙量多时，不能完全排除，分析近几年使用涡管和漏斗的情况得出，停用涡管时，单靠排沙漏沙在泥沙来量大、河水含沙量大时不能形成稳定的涡流，其旋转效果会马上减弱，甚至发生淤堵情况；停用漏斗时，涡管不能将全部泥沙截走，只能处理45%左右的泥沙，部分泥沙仍可进入下游渠道；依靠漏斗和涡管联合排沙，排除的泥沙量太大，影响河道行洪，泥沙无法排泄出而被迫停止排沙。单独使用泄洪冲沙闸进行排沙不仅截沙率低（最多40%左右），而且耗水率高（引进水量的30%左右）；在来水量较小时，也不能进行排沙，排沙时间间隔较长，闸前淤满后泥沙仍旧进入干渠。因而，只能通过渠道大闸排出闸前大部分泥沙，结合排沙涡管、排沙漏斗排除进入干渠的泥沙，并且采取多设施联合运用、合理配合、分级处理的办法才能100%处理掉进入干渠的推移质泥沙。多年实践证明，充分发挥枢纽泄洪闸、冲沙闸的一级主导作用，配合枢纽下游排沙涡管的二级辅助设施，结合涡管下游的排沙漏斗三级配套设施，不仅能有效解决金沟河的人渠泥沙，而且能很好控制河道的淤积，稳定河床走势，为河道健康长久的发展提供最基本的保障。

　　3.2 系统布置

　　金沟河引水枢纽排沙设施分为三级：渠首进水闸、冲沙闸及上游泄洪冲沙闸总体为一级排沙系统；在沉沙池中设有1号涡管，引水总干渠0+050、0+250处设有3、4号涡管，涡管为二级排沙设施；引水总干渠0+850处设有一排沙漏斗，排沙漏斗为三级排沙设施。具体情况如图1。

　　为了进一步验证三级排沙系统处理泥沙的合理性和实效性，2007年由新疆水利厅石河子水文水资源勘测局对涡管漏斗进行了排沙测验，其成果见表1。

　　测验成果还显示，2007年5-8月，引水枢纽引水渠经分级处理，通过排沙涡管排除推移质泥沙0.285万t，通过排沙漏斗排除推移质泥沙0.356万t，通过0号闸排除推移质泥沙0万t，涡管和漏斗排除推移质泥沙总量为0.641万t，其中涡管推移质泥沙排沙率为44.5%，漏斗推移质泥沙排沙率为55.5%，推移质泥沙总排沙率为100%。0.25mm以上级配悬移质排除率为70.5%，0.25mm以下无危害悬移质排除率为55.9%，排沙年均耗水量占进水量的4.51%，具有技术先进、节约资金、用水量少、效果显著等特点。

　　4 效果

　　通过合理配合使用三级排沙系统工程，取得了显著的效果，彻底解决了困扰金沟河灌区近20a的泥沙问题，收到了巨大经济效益、生态效益和社会效益。

　　4.1 经济效益

　　（1）减少渠道磨损，降低渠道及建筑物的维修费用，延长工程寿命。通过近几年的摸索和改建，运用“大闸--排沙涡管--排沙漏斗”三级防沙排沙技术调度模式，从2003年起至今，进入干渠的推移质泥沙全部处理完，干渠的渠底和建筑物基本没有磨损，每年减少维修费用300万元，使工程使用年限在15a以上，工程效益得到了充分发挥。

　　（2）减少机械清淤费用。三级排沙系统形成以前，下游干渠平均年清淤量2.66万m3，系统形成后年均清淤量0.6万m3，年均减少清淤量2.06万m3，减少清淤费用约5万元。系统形成前水库年均淤积量10.11万m3，需清淤费用约30.33万元，系统形成后水库年均淤积量2.73万m3，需清淤费用8.19万元，减少清淤费用22.14万元，两项合计年均减少费用27.14万元。

　　（3）增加引水量1500万m3，农业灌溉保证率提高20%。金沟河灌区以农业灌溉为主，用水高峰期为主汛期（6月25日至8月20日），这是棉花和番茄灌水的关键时期，来水量日均为15-20m3/s，配出水量为0.8-1亿m3，三级排沙系统建立前，此阶段垮渠多达20多次，不得不把水泄入河道，由此减少引水量1500万m3，农业灌溉保证率降低了18.7%，导致部分耕地出现减产或弃灌的现象。

　　通过三级排沙系统的合理调度使用，进入灌溉期后，引水工程若无特殊情况，基本不停水，引水量增加1500万m3以上，农业灌妈保证率提高了18.7%，保证了灌区农业经济的发展，单位水费收入增加100万元（5.97分/m3）。

　　（4）农业增产，农民增收。通过近几年灌区改建和三级排沙系统的不断完善，灌区在用水高峰期，减少了停水次数，特别是2003-2007连续5a汛期实现百日无断流，使农业灌溉用水保证率得到了提高，农业增产，农民增收。经统计，系统建立后，灌区棉花种植面积大量增加，增产26.5%，增收68.8%；小麦种植面积减少，增产12.9%，增收31.7%；番茄种植面积逐年增加，增产15.6%，增收40.3%；玉米种植面积逐年减少，增产24.2%，增收50%。

　　由于增加引水量，提高保证率，优化了作物种植结构，地方政府大力调整农业和农村经济结构，向经济作物发展，促进农民增收。棉花籽棉增产450kg/hm2，按单价5元/kg计算，增收2250元/hm2，金沟河灌区棉花种植面积26680hm2，年增收6000万元；粮食作物玉米增产1125kg/hm2，按单价1.5元/kg计算，增收1687.5元/hm2。

　　4.2 生态、社会效益

　　（1）提高水资源利用效率，改善生态环境。渠道引水流量加大，年增引水量1500万m3，同时减少了因跨渠造成的引水损失345.6万m3。引水量增加，提高了灌溉保证率，逐步改善了灌溉条件，避免了过量抽取地下水造成的生态环境恶化。2002-2007年，金沟河每年为沙湾县3335hm2生态林供水750万m3，生态林年增加灌溉水量2250m3/hm2。由于灌溉条件改善，人工生态林植被生长较好，防止了水土流失，局域生态环境及小气候得以改善。

　　（2）减少用水矛盾而引起的纠纷。三级排沙系统建立前，在用水高峰期，多次发生抢水事件，甚至上升到打架斗殴的恶性事件，严重影响了社会稳定。但自2003年至今再也没有发生一起因引水而引发矛盾，灌区局面和谐而稳定。

　　（3）减轻劳动强度，提高管理水平。以往每年引水高峰期（6-8月），干渠经常垮渠，闸点职工劳动强度很大，昼夜巡查，一年四季都在为工程维护而忙碌，无时间、无精力顾及其它方面的管理。职工和管理人员现已从繁重的工程维护中解脱出来，进行闸点的绿化和规范管理，灌区整个面貌焕然一新。

　　5 推广与应用前景

　　新疆北部山溪性河流大多为多沙河流，河流所在地已成为新疆北坡经济带，是新疆经济发展最快的区域，随着经济的快速发展，水资源短缺的矛盾将更加突出，天山北坡经济带有中型以上河流几十条，东起昌吉，西至博州。这些河流的引水枢纽工程大都建在出山口处，地质构造、产沙区、水资源在时空分布上基本相同，普遍存在泥沙淤积问题，有些还比较突出。基于金沟河三级防沙排沙系统应用的成果，只要河流具备一定的地形条件，即可采用该系统有效排沙，发挥引水工程的最大效益，提高引用水量、水资源的利用效率，解决水资源短缺的矛盾，给灌区和管理单位带来巨大的经济效益和社会效益，因此该技术在多沙河流处理泥沙方面应用前景十分广阔。

　　参考文献：

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　　[3] 王忠，谢富明，栾文等.新疆金沟河渠首解决泥沙入渠的措施及效果，中国农付水利水电，2006，（10）：7-8.

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