基于引黃提水灌溉泥沙處理方法的探討

吳思遠，呂宏興，李鵬程，吳守軍

(西北農林科技大學，西安 712100)

基于引黃提水灌溉泥沙處理方法的探討

吳思遠，呂宏興，李鵬程，吳守軍

(西北農林科技大學，西安 712100)

山東、河南兩個省的農業生產，全部依賴于黃河的水源，黃河成為這兩省農業經濟發展的關鍵因素。隨著引黃灌溉工程的不斷發展，如何對水中的泥沙進行有效處理成為瓶頸問題。文章闡述了泥沙的處理現狀和存在的主要問題，并介紹了泥沙處理的幾種方法。

引黃提水；灌溉；引水口；淤積堵塞；泥沙處理；利用泥沙；處理泥沙；減淤措施

0 前 言

目前，泥沙問題成為環境保護和水資源配置上的重要問題，其中制約引黃灌溉發展的兩個主要因素是沉沙池的建設和渠道內泥沙的處理。而在黃河下游，灌溉的主要問題是泥沙的淤積堵塞。在引黃提水灌溉的同時，要處理好泥沙造成的危害，做到興利除害[1-4]。

1 引黃提水灌溉泥沙處理現狀

隨著人們對環境保護的意識不斷提高，人們發現以往的灌區泥沙處理技術不完全適應當今引黃提水的新形勢。

這兩者的不協調具體體現在以下4個方面：

1.1 渠首的防沙處理

對于灌區的泥沙處理，將泥沙阻擋在進入灌區前是最好的辦法。

1)黃河下游的河道里大多是細顆粒懸移質泥沙，在水中的分布較為均勻。而灌溉引水是無壩引水，導致的結果就是防沙處理效果不明顯。

2)對比防沙量和沙的總含量可知，渠首的防沙處理如同九牛一毛，數量很少。

3)在小流量的引水時，水流流速緩慢且攜沙量較高，易形成淤積以致堵塞引水口和引水渠。

綜上，目前渠首防沙的主要目的不在于阻擋一定量的泥沙，而是防止引水口和引水渠的堵塞，從而保證灌區的引水量[5-8]。

如何更好地利用黃河水資源，既能夠引進含沙水進行灌溉，又能夠保證水在渠道中順利下泄，成為渠首引水防沙的主要問題。近些年黃河水資源比較短缺，為了不影響農作物的灌溉時期，采用含沙量較高的水進行灌溉。這就造成了黃河下游的河床越來越高，提高了引水含沙量，為渠系的泥沙處理增加了更多負擔。

1.2 渠道的減淤處理

就目前而言，渠道減瘀一般分為3種方法：

1.2.1 渠道設計

通過改變輸水輸沙工程的形式避免渠首發生卡口，或者對輸水輸沙的線路進行優化。

1.2.2 工程改造

對進口段的渠底進行加高處理，對渠道進行襯砌處理，對渠道的截面形態進行調整等[9]。

1.2.3 合理調度水沙

包括分水分沙運行、大流量的輸沙運行等。

以上方法能夠減少泥沙在渠系內的淤積，但是受到的客觀因素影響比較大，比如地理狀況、自然狀況。所以，這些方法可以采用并實行的空間受到很大限制[10]。

1.3 沉沙處理

沉沙處理方法，一般將沉沙池建設在引黃閘后。沉沙池在運行上，要么是以挖待沉，要么是以新代舊，但結果卻是將大部分的泥沙聚集在了灌區的渠首附近。

沉沙處理帶來以下2方面的相關問題：

1)用于沉沙的渠首附近的洼地已經飽和，所以放淤自流和淤背自流的沉沙方式失去了必須的天然條件。

2)以挖待沉的方式會占用部分耕地，影響周圍的環境，甚至產生沙化后果[11]。

1.4 渠系泥沙的清淤處理

一份調查結果顯示，魯北地區40 a以來引黃提水灌溉中，泥沙的36%沉積在沉沙池，47%沉積在各級渠系，8%沉積在排水溝和河道內，9%進入了農田。因此，除了進入農田的小部分以外，其它沉積在各部分的泥沙都需要清理，總占比91%，數量相當可觀。

引黃灌溉事業在不斷發展，直接導致的結果就是需要清淤的泥沙量不斷增多。據不完全統計，魯北地區的重要渠道和沉沙池累計清理的泥沙量已經超過4 億 m3，廢棄土占農田886.7 hm2。

在廢棄土的治理上，廢土還原為耕地的投資大，沙化面積在不斷增加，清理泥沙的運距在拉長，所以清淤后廢棄土的堆放成為一大難題。下一步，采取何種方式減少清理泥沙的數量，是個值得深究的問題[12]。

綜合以上4個方面可以得知，引黃提水灌溉泥沙處理的關鍵在于，既能夠保證渠首對高含沙量渾水的引水能力，又能夠使渠系盡量減少泥沙淤積，從而延長沉沙池的使用壽命。

2 引黃提水灌溉泥沙處理方法

引黃提水灌溉泥沙處理的方法有2個：

2.1 使用提水設施利用泥沙

所謂利用泥沙，就是將泥沙改造成為農民用土、建筑材料等。從泥沙量的利用上來看，主要包括淤臨淤背和淤改2個方面。

2.1.1 通過淤臨淤背加固大堤

淤臨淤背技術不僅能夠加固黃河大堤，也能夠科學處理淤積的大量泥沙。“淤臨沉沙”指的是在黃河大堤的低洼地帶修筑沉沙池，從黃河中引來的渾水經過沉沙池，從而形成帶狀高地。如此做法，既起到防洪的作用，又能夠妥善處理泥沙，達到雙重收益[13]。

沉沙淤筑技術的應用，解決了黃河兩岸泥沙處理的難題，促使進入渠系的泥沙粒徑變細，有利于渠道輸水。

2.1.2 含沙水源輸沙入田

水中的泥沙影響渠道的暢通，但泥沙中的有機質卻能夠改良土壤。在渠首沒有沉沙的前提下，對渠系進行改造，去除阻水建設物，通過泵站引取大流量渾水，將泥沙輸送至農田[14]。

在運行的過程中會不可避免地出現部分泥沙淤積，可以將其及時清理在渠道兩邊，作為農民用土，不會影響到耕地和環境。實踐證明，用渾水灌溉的果樹或農作物，品質都比沒有用渾水灌溉的要好。

2.2 通過提水泵站處理泥沙

我國多數灌區對原有體系進行節水改造，從而推動節水灌溉的深入發展。相關數據顯示，將渠道兩側提灌方式和以挖待沉自流灌溉方式進行對比，無論在水源的節約上、清理淤沙的數量上、對環境的保護上，前者都具有優勢。

提水泵站建立在渠首、渠中、分水口、渠尾，起到的作用和效果各不同，以下進行簡要分析。

2.2.1 提水設施在渠首設置的作用

在渠首設置提水設施，原理是以水流增加動力，增強水流的挾沙能力，實現減少淤積的目的。當小流量引水時，由于渠道內的水流速度較低，容易造成泥沙淤積。這時應當加高渠頂的高度，抬高引水龍頭，從而促使輸沙條件良好。當大流量引水時，應當對渠底高度進行適當的降低。

在渠首設置揚水泵站，能夠有效解決渠首沒有洼地的狀況，對渠首淤積有一定的減緩作用，形成良好的引水輸沙運行模式。

2.2.2 提水設施在渠中設置的作用

以東營市某灌區為例，其渠道引水能力為60 m3/s，渠首附近有節制閘，渠中有揚水站。該灌區通過一閘一站采用低水位運行，在確保渠道用水的前提下，控制節制閘前方的水位，調節揚水站的流量，從而保證運行為低水位的狀態。統計資料表明，該渠道泥沙淤積量很低，基本不用進行清淤處理，降低了成本。

在渠中設置提水泵站，能夠利用揚水設施調節分水量，從而控制水面比降，提高渠道的輸沙能力。

2.2.3 提水設施在分水口門的作用

在渠道的不同部位設置提水設施，以減少泥沙淤積量作為評判標準的話，分水口門設置的效果最佳。

某灌區進行節水改造后，增加了揚水站的分布。盡管引水量增加了，但泥沙淤積量卻在減少(具體數據參考見表1、表2。這說明，節水改造不僅能夠節水，還解決了泥沙的淤積問題。

表1 節水改造前某灌區引水引沙渠道淤沙情況對比

表2 節水改造后某灌區引水引沙渠道淤沙情況對比

2.2.4 建設沉沙蓄水兩用水庫

近些年，由于人們在社會發展中過度追求經濟效益，導致環境變差，直接的影響就是黃河經常斷流。以黃河水源作為支撐的灌區面臨沒有水源的情況，要充分利用平原的水庫，來緩解水源供應的緊張局面。

以勝利油田為例，將瘀臨固堤和揚水沉沙結合在一起，利用平原水庫引用含沙量高的渾水。其具體的操作步驟為：

1)在水庫周圍修建沉沙池，引入渾水均勻淤積泥沙，形成沙壩。

2)沙壩成為水庫的外堤，以內成為蓄水的水庫。

3)隨著泥沙淤積的增加，沙壩抬高的同時水庫容積也在不斷增大。

這種方式既能處理泥沙淤積，又能建成蓄水水庫，起到一石二鳥的功效。降低了水庫的建設成本，減輕泥沙淤積處理的負擔，節省很多費用，為灌區的水沙利用提供了一個新的方法。

2.3 利用數學模型設置提水泵站的減瘀作用

隨著科學技術的進步，建立灌區的輸沙計算數學模型，能夠為設立提水設施、實現減瘀目標提供科學依據，是一種新興的提水灌溉處理泥沙的手段。

綜上所述，泥沙處理的未來發展方向是，通過利用先進的科學技術手段，結合當地自然條件，使攜沙水輸送至支渠甚至田間。

解決泥沙問題的方法有很多，設置提水設施是效果相對較好的方式之一。這種措施將自然條件和人的能動性結合在一起，滿足人與自然協調發展的主題。

3 結 語

在黃河這類多沙河流內進行提水灌溉，要樹立“引黃灌溉，防堵減淤”處理泥沙的理念。在開展沉沙、疏淤等工程時，要結合地理條件和灌溉區域的地形，因地制宜。沙的入渠、入池、入地各項工作都要進行合理規劃。

另外，還要加大廢沙的重新利用，做到高效利用，變廢為寶。

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1007-7596(2014)12-0206-03

2014-07-08

吳思遠(1992-)，男，甘肅定西人，學生，研究方向為節水灌溉；呂宏興(1955-)，男，陜西隴縣人，教授；李鵬程(1993-)，男，河南鄭州人，學生；呈守軍(1977-)，男，甘肅靖遠人，副教授。

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