尊村引黃灌區(qū)渠道泥沙含量與粒徑級配研究

魏楊 歐陽前超 周霞 張超波

摘要尊村引黃灌區(qū)是山西省一座大型多級提水灌溉工程。由于所引黃河水的泥沙含量較高，導(dǎo)致灌渠泥沙淤積問題十分嚴重，影響到了渠道的正常運行。為了掌握灌區(qū)渠道水沙分布規(guī)律，緩解渠道淤積問題，在尊村二干渠設(shè)立7個觀測面開展泥沙含量與粒徑級配觀測和分析。研究結(jié)果可為灌區(qū)管理和節(jié)水減沙工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞渠道；含沙量；顆粒級配；尊村

中圖分類號S274文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）31-0205-02

AbstractZuncun Irrigated Area of Yellow River Diversion Project is a large multistage project for irrigation in Shanxi Province. Because of the sediment concentration of the Yellow River is higher， the sedimentation problem of irrigation canal is very serious， affecting the normal operation of the canal. In order to grasp the irrigation canal of distribution regularity of water and sediment and ease the aggradation of canal， seven observation surfaces in Zuncun secondary trunk ditch was set up to monitor water and sediment in this study. The study results can provide a basis for irrigation district management and watersaving and sediment reduction.

Key wordsIrrigation canal；Sediment concentration；Sand grading；Zuncun

引黃灌溉事業(yè)經(jīng)過60多年的發(fā)展，黃河的灌溉面積已達733.23萬hm2，占全國灌溉面積的13.8%[1]，引黃泥沙在灌區(qū)內(nèi)有33%淤在沉沙池，35%淤在干渠渠道[2]，引黃灌區(qū)渠系淤積已經(jīng)成為一個很嚴重的問題[3]。黃河的主要特征是水少沙多，引水必引沙，遠距離泥沙輸送是解決泥沙問題的關(guān)鍵之一[4]，引黃灌區(qū)渠系泥沙淤積很嚴重，降低了渠道的輸水輸沙能力，影響了灌區(qū)的正常運行，尤其是高揚程提水引黃灌區(qū)渠道此問題頗為突出。因此，深入研究高揚程提水灌區(qū)渠道的水流挾沙特性，研究引黃灌區(qū)渠系水沙分布規(guī)律，可為灌區(qū)調(diào)度運行方式提供技術(shù)支撐，對于合理利用黃河水沙資源、優(yōu)化灌區(qū)管理和節(jié)水減沙工作，促進引黃灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1研究區(qū)概況

1.1基本情況

尊村灌區(qū)是山西省一座大型多級提水灌溉工程，1976年動工興建，1978年上水受益。渠首樞紐工程位于永濟市西北黃河小北干流中段的尊村咀上，上距禹門口78.0 km，下距潼關(guān)54.5 km。灌區(qū)主要受益范圍為涑水河流域的永濟、臨猗、鹽湖、夏縣、聞喜五縣（市、區(qū)）的44個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，596個行政村，農(nóng)業(yè)人口74.11萬人，總耕地面積12.47萬hm2。同時還承擔(dān)著運城市城市和工業(yè)供水任務(wù)。該工程建設(shè)規(guī)模為九級三十一站，設(shè)計揚程165.44 m，總裝機6.14萬kW，設(shè)計提水流量46.50 m3/s，設(shè)計灌溉面積1107萬hm2。灌區(qū)總干渠1條，長113.554 km；分干渠5條，長136.753 km；支渠134條，長776.589 km[5]。

1.2試驗方法

該試驗研究灌區(qū)在分干東下段，研究區(qū)總長為5 767 m，鋪設(shè)的研究斷面為7個，二干渠為預(yù)制砼板防滲的梯形斷面，渠道縱坡1/4 000。

觀測面的選擇：在干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(biāo)記，1號至2號斷面，3號至7號斷面之間的渠道為直線段，2號至3號斷面之間有彎道，2號和3號斷面分別在彎道的上下游處，且前3個觀測斷面地勢較高、水面較寬、渠道較深，后4個觀測斷面地勢較低、水面較窄，渠道平緩。對選取的斷面進行斷面平均含沙量、懸沙級配的觀測與分析。泥沙粒徑級配采用馬爾文激光粒度分析儀測定。

觀測點的選擇：渠道水深絕大部分時間內(nèi)在1 m左右，考慮到取樣的每個斷面只選取5個觀測點，斷面取點示意圖如圖1所示。

泥沙的測量方法有很多[6]，該研究采用橫式泥沙取樣器取樣，每個點上取樣2次，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。取回的水樣，每個點取200 mL過濾，先將濾紙和濕沙風(fēng)干然后用烘箱烘干，再記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，按下列公式計算含沙量：

為解決黃河水源泥沙含量大的問題，灌區(qū)于2003年在一干段修建容積為290萬m3的湖泊形沉沙池一座，運行初期沉沙效果較好，由于經(jīng)過近十年運行現(xiàn)已淤積約200萬m3，沉沙效果明顯下降。而2008年在沉沙池進水口配套的廊道式排沙工程，雖將大部分粗沙排至護岸內(nèi)河道，但沉沙池仍存在出口含沙量偏高及處理后的水流無法自流至沉沙池出水閘等問題。

2.2觀測泥沙含量

表3為泥沙在7個觀測斷面的5個位置的含量。渠道的平均含沙量變化范圍在0.637～0.813 kg/m3，較多年平均含沙量（2～3 kg/m3）低，因為多年含沙量數(shù)據(jù)觀測數(shù)據(jù)來自于渠道一級站或距離黃河較近的渠道水文站，泥沙在進入渠道后開始逐漸淤積，在渠道輸送過程中，泥沙含量逐漸減少。可見，黃河引水來沙量較大，渠道在長期灌溉過程中的淤積泥沙量也較大。

2.3泥沙顆粒級配

泥沙顆粒級配是影響泥沙運動的重要因素，在河道整治與防洪、灌溉、渠道沖於平衡等研究時，都需要了解泥沙顆粒級配的資料。

按美國制計算細沙粒徑為0.01～2.00 μm；中沙粒徑為2.00～50.00 μm；粗沙粒徑為50.00～2 000.00 μm。渠道細沙所占比例平均值為23.02%，中沙為66.68%，粗沙為1030%。由圖2可以看出，在觀測渠段內(nèi)中沙所占比例整體上有所增大，細沙所占比例變化幅度不大，而粗沙所占比例有所減小。斷面4至斷面5渠段各組分泥沙所占比例有明顯的變化，推測由于斷面4后面的渠道相較前面的渠道過水?dāng)嗝婷娣e變小，水流流速變大，渠道受到一定程度的沖刷，渠底淤積的沙被沖起，導(dǎo)致渠段內(nèi)中沙和粗沙所占比例增大，細沙比例減小。

3結(jié)論

觀測斷面的引水中細沙偏多，渠道的平均含沙量較歷史

多年平均含沙量低，由于渠道部分經(jīng)過改造部分仍維持天然形態(tài)，含沙量變化無明顯規(guī)律；不同引水條件的引黃灌區(qū)，其引沙粗細也有所不同，該研究灌區(qū)引水中細沙所占比例達到了89.70%，粗沙所占比例只有10.30%，且細沙含量變化不明顯，粗沙含量沿程呈遞減的趨勢，泥沙整體的淤積情況良好，其證實了一干渠首的沉沙池和西下村段部分渠道的改造起到了良好的效果。

參考文獻

[1] 曹文洪，戴清，方春明，等.引黃灌區(qū)水沙資源配置理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[2] 蔣如琴，戴清.黃河下游引黃灌溉及發(fā)展對策[C]//中國水利水電科學(xué)研究院，臺灣大學(xué)，美華水利學(xué)會.1997第三屆海峽兩岸水利科技交流研討會論文集.北京：IWHR，1997：312-321.

[3] 錢寧，萬兆惠.泥沙運動力學(xué)[M].北京：北京科學(xué)出版社，1983.

[4] 賈希春.黃河引水灌區(qū)渠道泥沙處理措施[J].寧夏農(nóng)林科技，2009（5）：36-37.

[5] 劉賢娟.黃河尊村灌區(qū)泥沙問題研究[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2007，5（3）：55-58.

[6] 水利部水文局.江河泥沙測量文集[M].鄭州：黃河水利出版社，2000.

[7] 運城市水利勘測設(shè)計研究院.山西省尊村灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程總體可行性研究報告[R].2013.