金溝河渠道泥沙磨損修補效益分析

何文權(quán)

（新疆水利廳金溝河流域管理處，新疆 沙灣縣 832100）

新疆天山北坡存在著許多以冰川融雪為主要補給水源的中小徑流水系，河水自山間融雪匯流后，穿溝越壑從幾無植被的山區(qū)直流而下，進入山前沖積扇平原區(qū)。河流對所經(jīng)之處一方面帶來大量的泥沙沉積，另一方面又繼續(xù)對河道兩側(cè)松散的戈壁體進行沖刷，造成河水中的推、懸移質(zhì)泥沙含量極高。

以金溝河為例，多年平均徑流量3.49×108m3，多年平均輸沙總量在70～80萬t，平均每方水中就攜帶有2.3kg泥沙。如此眾多的泥沙進入引水渠道后，對沿線渠系建筑物造成十分嚴重的磨損。

1 金溝河引水渠系建筑概況

金溝河流域管理處所管轄引水渠系主要由渠首引水樞紐、輸水渠系組成。

1.1 引水樞紐

金溝河引水樞紐始建于 1960年，為費爾干式引水樞紐，主要建筑物有溢洪堰、非常泄洪閘、引水閘、泄洪閘沖沙閘、曲線沉沙池、束水輸沙道、上下游整治段及導(dǎo)流堤組成。其中，泄洪沖沙閘 5孔，單孔寬5m，設(shè)計流量220m3/s；引水閘為3孔，單孔寬4m，設(shè)計流量45m3/s。

渠首自1962年竣工運行至20世紀80年代初，引水運行情況良好，引水率由原來無壩引水的不足30%提高到60%以上，對整個灌區(qū)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。1980年初以來，由于泥沙淤積，河床逐年抬高，渠首運行出現(xiàn)諸多問題，年引水量急劇下降，嚴重影響了灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。為此于1988年、1998年、2001年先后進行多次渠首加高改建，形成目前格局。從近十幾年來的運行狀況看，未能從根本上解決渠首上、下游河道嚴重淤積的問題。

1.2 輸水渠系工程

金溝河輸水渠系工程主要包括引水干渠及各分水閘組成。其中，輸水渠系全長 37.48km，設(shè)計流量25～45m3/s，始建于20世紀60年代，為漿砌石及混凝土防滲形式，分水閘口共 14個，建筑物26座。自1998年以來金溝河灌區(qū)實施續(xù)建配套與節(jié)水改造項目，先后累計投入改造資金近 8000余萬元，經(jīng)多年續(xù)配套建設(shè)，引水主干渠全部達到了混凝土防滲渠道標準。

2 引水渠系在運行中存在的主要問題

2.1 山區(qū)無控制性骨干工程

金溝河上游山區(qū)無控制性骨干工程，無法實現(xiàn)對徑流的綜合調(diào)節(jié)。一方面，渠首樞紐防洪基本處于被動狀態(tài)，洪災(zāi)旱災(zāi)交替發(fā)生。金溝河季節(jié)性洪水多發(fā)生于 7、8月份，屬暴雨融雪型洪水，洪峰流量大、急、變化快，破壞力強，據(jù)不完全統(tǒng)計，自1990～2003年14年間共有13次洪災(zāi)發(fā)生，洪水災(zāi)害損失達 10.4億元。另一方面，不能實現(xiàn)蓄豐調(diào)平，造成洪水水量白白下泄、引水期無水可引的尷尬局面。

2.2 渠首泥沙淤積嚴重，樞紐帶病運行

金溝河引水樞紐經(jīng)數(shù)次加高后，短期內(nèi)滿足了引水生產(chǎn)需求，但同時又進一步加劇了泥沙淤積程度。2001年最后一次加高以來，金溝河渠首上游河道平均淤高超過 2m，下游河床平均淤高超過 3m。河床抬高后直接對引水生產(chǎn)、防洪渡汛產(chǎn)生嚴重影響，大量泥沙涌入干渠，渠系建筑磨損嚴重，閘前過流能力驟減，抵御洪水能力大打折扣。

2.3 泥沙研究滯后，泥沙源頭防治任重道遠

金溝河流域管理處運行管理費用全部依靠水費支撐，由于農(nóng)業(yè)水費偏低，水費收支入不敷出，沒有展開深入的泥沙研究課題，更無力進行泥沙源頭的防治，泥沙處理始終停留在入渠泥沙層面，泥沙防治任重道遠。

2.4 引水率高，渠系運行壓力突出

金溝河引水渠系長年保持引進率在 60%以上，在部分枯水年引進率甚至超過 70%，渠系在引水期長時間使用，不能進行必要的檢修。雖每年在春季進行集中渠系檢修，但因金溝河灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)單一、春季抗旱保苗壓力大，渠系工程檢修后得不到合理的養(yǎng)護就投入使用。

3 引水渠系泥沙處理及磨損修補技術(shù)成果

3.1 泥沙綜合處理

金溝河引水渠系泥沙綜合處理措施主要包括渠首泥沙三級處理體系、河道疏浚、泥沙綜合利用等。

3.1.1 渠首泥沙三級處理體系

渠首泥沙三級處理體系，主要包括：閘前泥沙處理、閘后泥沙處理、入渠泥沙處理。其中，閘前泥沙處理主要通過閘前攔石柵、導(dǎo)流挑流設(shè)施、泄洪沖沙閘等將大部分推移質(zhì)泥沙攔阻并沖排至下游河道；閘后泥沙處理，指的是通過閘后曲線沉沙池緩流降速，使進入引水閘的泥沙大部沉積于沉沙池內(nèi)，再通過機械清淤、沖沙閘及廊道沖排等清除；入渠泥沙處理主要通過設(shè)置于引水總干渠前段的渦管、漏斗將進入干渠泥沙大部排出渠道。

3.1.2 河道疏浚

渠首泥沙經(jīng)三級處理體系后大部沉積于樞紐下游，直接造成下游河床抬高，為此，金溝河流域管理處長期用機械對各排沙口進行疏導(dǎo)，以利于各設(shè)施順利排沙，同時開展河道疏浚工程，對沉積于下游河床的泥沙進行清理。但由于泥沙總量巨大，不能從根本上緩解壓力。

3.1.3 泥沙綜合利用

金溝河流域管理處在進行渠系泥沙處理同時，積極開展對泥沙的綜合利用。一是引入項目，開辦沙石料場，變廢為寶，實現(xiàn)雙羸，經(jīng)濟效益可觀。二是積極探索懸移質(zhì)泥沙處理利用新路。金溝河流域管理處灌溉現(xiàn)狀面積達 65.5萬畝，不合理、非理性的開發(fā)大量破壞了原有植被和土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了土地的鹽堿化。利用懸移質(zhì)粉細顆粒對鹽堿土壤進行改良，實現(xiàn)灌溉與改良結(jié)合，具有一定經(jīng)濟和社會效益。

3.2 抗磨損修補技術(shù)

面對泥沙入渠帶來的渠系建筑磨損，做好日常修補，是發(fā)揮好工程效益的關(guān)鍵。金溝河流域管理處在多年的維修養(yǎng)護中，在老舊閘墩補強、排沙渦管更新、漏斗抗磨損、渠道修補等方面積極了一些成熟經(jīng)驗。

3.2.1 老舊閘墩補強

金溝河流域管理處渠首引水樞紐經(jīng)上級部門鑒定為四類閘，始建于20世紀60年代的老閘墩能歷經(jīng)數(shù)十年高速泥沙流沖涮，關(guān)鍵在于每年的修補。針對老閘墩混凝土老化、強度不足等問題，主要采取耐磨石英沙漿抹面、高強錳鋼鑄鐵護低、磨損邊墻錨筋加固、鋼板護面等措施。雖辦法簡陋，但很有實效。

3.2.2 渦管拆舊更新

金溝河利用在高墊方渠段渠底橫設(shè)鋼渦管（直徑60cm左右），上部開截沙槽（寬30cm、長與渠底部寬相當），鋼管開槽一端設(shè)于渠底，另一端伸出渠外，攜沙水流經(jīng)過時大部推移質(zhì)泥沙被截入槽中，隨水流排出渠道。因渦管是泥沙磨損部位，每年都面臨更換的問題。為便于每年更換渦管，盡可能減少拆舊強度，縮短更新時間，將渦管槽位基礎(chǔ)設(shè)置為混凝土固定結(jié)構(gòu)，渦管與槽位間設(shè)緩沖帶，即便于拆裝時又保證渠道安全。

3.2.3 漏斗抗磨損

漏斗的工作機理是利用螺旋流原理和水沙比重差別，將渠道含沙水流沿切線引入漏斗后，形成螺旋流，泥沙匯于斗底經(jīng)廊道排出，清水經(jīng)漏斗上部開口溢入引水渠道。漏斗正常工作時，泥沙對底部出口產(chǎn)生高強度汽蝕和沖磨，破壞性極大，針對這一問題，金管處曾嘗試用耐磨橡膠護底，但不久發(fā)現(xiàn)橡膠應(yīng)對泥沙沖磨有一定效果，但其與混凝土結(jié)合不牢，在高速螺旋流的沖擊下很快就被剝離。目前使用高錳鑄鐵塊對底部進行護襯，效果很好。

3.2.4 渠底磨損修復(fù)

金溝河堅持每年投入資金對沿線渠底磨損部位進行混凝土修補，修補時初期采于補丁方式，哪塊磨損補哪，在運行中發(fā)現(xiàn)，小面積的混凝土塊很難與原渠底結(jié)合牢固。目前采取整段面混凝土澆筑的方法，每年對磨損最嚴重的渠段進行修復(fù)，渠道運行良好。

4 效益分析

通過對 2008～2011年度金管處渠道維修情況分析，2008～2011年累計投入維修資金425萬元，其中直接投入渠道修補資金141萬元，共計完成渠道修補混凝土1800m3。以每年汛期減少停水檢修2次計算，每次停水檢修時長計8h，主汛期平均日引進流量計20m3/s，可計算出2008年至2011年度累計增加引水460.8×104m3，金溝河流域管理處現(xiàn)行水費 0.0597元/m3，直接增加水費收入為27.5萬元。以金溝河灌區(qū)地面灌毛灌溉定額545m3/畝計算，增加水量可直接灌溉棉田8455畝，以畝產(chǎn)值2800元（畝均產(chǎn)棉350kg，8元/kg）計算，可為灌區(qū)增加產(chǎn)值2367.4萬元，社會經(jīng)濟效益明顯。