淺談新疆多泥沙急流排沙系統運行管理

周立勝

【摘要】新疆是一個小型水電站較多的省份，山區河流中多伴有懸移質、推移質、沉積物和漂浮物下泄，在多泥沙河流上修建水電站需要考慮多方面的因素，尤其要根據水文、泥沙、地質條件因地制宜，本文通過總結新疆多處多泥沙急流上的水工建筑物設計、施工以及多年渠道運行管理經驗，認為多泥沙急流的渠首適宜采用彎道式，利用彎道水流特性處理泥沙效果較好；渠道的襯砌形式宜采用C20細粒硅砌卵石，這樣既可以增加渠道糙率、降低流速，又可以達到抗磨蝕效果。

【關鍵詞】多泥沙河流；渠首；渠道；排沙系統

引言

新疆河流絕大部分是多沙河流，河流洪水歷時短、流速大，水流中帶有大量的卵石、礫石和粗沙，常使引水工程閘門堵塞、渠道淤積或工程毀壞。引水工程的防沙、排沙，是一項長期且量大任務艱巨的工作，在排沙工程建設中，要做到合理引水排沙，渠首、渠道的布置形式的選用至關重要。

1、渠首設計中應注意的問題

新疆河流多為山溪性多泥沙內陸河，河道流程短，水量小，推移質泥沙含量高，解決好引水排沙問題，是引水工程關鍵。1956年蘇聯專家將彎道式引水渠首引入新疆，這種布置形式主要是利用彎道水流產生橫向環流的原理進行正面引水和側面排沙。先后在烏魯木齊河、八音溝河、瑪納斯河、三屯河等處修建了彎道式引水渠首，而這些渠首普遍存在引水和泥沙淤積間的矛盾。通過不斷總結運行經驗，1967年建成伊犁喀什河引水渠首，運行41年，實測進水閘不進推移質，引水防沙效果良好，是創新的第三代彎道渠首。

1.1 上游整治工程及導流堤超高與布置。上游導流堤為彎道式引水渠首的重要組成部分，對于平順地導引河水歸槽形成良好水流流態具有重要作用。上游整治段導流堤的長度、角度，應依天然河床寬度及穩定程度而定。由于山溪性河流洪水由暴雨、融雪組成，洪水暴漲暴落，歷時較短，河流洪峰到來前，對引水道的沖刷能力較弱，有的工程在來不及將淤砂沖走時，洪峰陡漲就可能造成漫堤。因此，在這些渠首的設計上要預計渠首泄洪通道在洪水前的淤積情況，適當加大超高。

1.2 彎道整治段設計。彎道整治段的設計，主要應考慮彎道設計流量，長度穩定寬度、曲率半徑、縱坡、彎道流速及與進水閘、沖沙閘的平面銜接等因素，原則上是在每年洪水期都能形成穩定強烈的橫向環流。彎道設計流量較理想的情況是2-3倍的進水閘設計流量，每年出現的時間有20-30天，如果洪水季節河道正常流量較大時，可通過泄洪閘泄洪排沙，若彎道按2倍設計流量在7-8月份洪水季節出現天然較少，而進水閘設計流量又不能減少時，可按每年洪水季節都能發生一定時間（大于10天）的流量作為彎道設計流量，縱坡、流速底寬之間需統一考慮，要使彎道設計流速達到泥沙起動流速。

1.3 下游河道排沙退水整治段。下游退水河道的整治目的是保證引水樞紐的下游與河道平緩銜接，防止水流在下游河床出現亂流；防止由于沖沙時引起對下游河岸的沖刷；在下游整治段內應形成較大的輸沙能力，以便將推移質泥沙輸送到下游河道較遠的地方。根據樞紐的平面布置和當地條件，下游排沙退水整治段應盡可能設計成直線，在沖沙閘下游修建新導流堤，縮窄下游退水河道，使它具有閘后沖沙槽的功能，這樣不僅可以用少量的水把泥沙輸送較遠，而且還可以擴大閘前的沖刷范圍。中心導流堤采用逐漸延伸的方法，達到既能輸水攻沙，又能防止沖刷的目的。

2、渠道設計施工中應注意的問題

渠道設計就是要在滿足灌區灌溉的設計條件下，充分利用渠道水源條件，合理選用渠道比降，使渠道在同等條件下既能發揮巨大的輸水能力，又不使渠道發生淤積和沖刷滑坡。泥沙在隨水流動過程中不斷地上浮下沉，不斷地有細顆粒泥沙懸浮起來，也有粗粒泥沙沉積下去，懸移質泥沙與河床質泥沙不斷地發生交換，使渠床發生淤積和沖刷。水流挾沙能力就是在一定的水流條件下與渠床組成條件的相互關系中，懸沙中屬床沙質部分的飽和含沙量。當水流中懸移質含沙量超過挾沙能力時就會發生泥沙淤積。因此，合理確定水流挾沙能力是避免渠道淤積的關鍵所在。

新疆地處內陸干旱地區，降水稀少，蒸發強烈，植被覆蓋度低，境內河流泥沙含量較大。引水樞紐一般位于出山口處，其引水渠道縱坡較陡，流速大，再加之推移質泥沙的磨蝕作用，因此，渠道襯砌設計較為重要，它是保證渠道正常運行的關鍵所在。經過多年摸索，在多泥沙急流渠道的底部采用C20細粒硅砌卵石是較好的襯砌形式。它不等同于普通的漿砌石，而是采用鋪“漿”砌筑法，鋪“漿”厚度為30cm，卵石與卵石間縫寬控制在30mm左右，分層掛線砌筑。C20現澆硅砌卵石施工時，先澆筑5cm找平層，再澆筑25cm厚的現澆硅砌卵石層。C20現澆硅砌卵石施工采用小型插入式振搗器振搗密實，卵石按漿砌石要求露出平面5cm，以增加糙率。這種襯砌結構的優點是：（1）安全性高。30cm厚的C20現澆硅砌卵石可以有效地降低渠道流速，且其抗磨蝕能力優于普通漿砌石。（2）施工質量好控制。同普通漿砌石相比，采用鋪“漿”法施工的現澆硅砌卵石施工質量容易控制。

3、排沙措施

含沙量高是新疆河流的普遍特性，為抽提水進行利用增加了難度，必須要給予解決。

3.1 采取多種措施，加強抗凍能力，防止低溫對排沙的影響。低溫是影響引水安全的重要因素，所以在攔沙、導沙、排沙設施施工建設中，要充分利用各種先進技術，注意工程的防凍和抗凍能力的提高。一是要提高硅的抗凍、抗磨標號；二是優化設置排沙設施，使排沙、攔沙、導沙設施均處于水下一定深度，以減輕冰凍影響；三是在冬春季節引水中，要保持設施其中的水流間歇排沙和流動，防止冰凍對排沙的影響；四是始終使下泄水流通過排沙閘，既達到排沙的目的，而且盡可能將淤泥向下游輸送得最遠。同時，對進口后的沉砂池也要增加保溫措施，以方便冬春季節的清淤引水。

3.2 實施灌區水沙優化調度。合理利用水資源，采取節水灌溉措施，有計劃地調配水量、優化水沙過程，在滿足灌區用水需要的前提下，盡量在大流量、小含沙量的條件下進行引水引沙，以減輕渠道淤積。先沉沙、后退水入河，減小灌區退水退沙量，以減少排水河道的泥沙淤積等。改造渠道、提高輸沙能力。渠道淤積是輸沙能力不足造成的，通過襯砌渠道、減小渠道糙率、加大渠道比降與優化斷面形態等，可提高渠道輸沙能力，達到減輕渠道淤積的目的。

3.3 實施灌區泥沙資源的優化配置。隨著灌區內供需用水矛盾的不斷增加，農作物科學種植結構得不到有效實施，在作物需水期用水矛盾更加顯著。一些部門根據自身需要，隨意在干渠上修建閘門控制，提高干渠水位，保證區間作物的正常灌溉，這樣便減小了渠段的水流速度，使渠段內泥沙（特別是末梢段）處于停留懸浮狀態，久之，便沉積在渠段中，不但影響了下游渠段的過水能力，并且還影響上游的水流速度，使渠段內發生不同程度的淤積。這種惡性循環勢必造成整個渠系的泥沙淤積，是水管部門今后需要考慮的主要防淤問題。科學調度、分段供水是減少渠道泥沙淤積的又一措施。這樣，不但能滿足斗渠正常情況下的有效引水量，而且還能集中區域灌溉，增加保持土壤水分的有效時間，減小渠系泥沙淤積量。

4、結語

清淤泥沙通過一定的轉化處理，可以由“害”變成資源加以利用。通過平整改良土地、灌區渠首高地建設，將引黃泥沙用于建造高標準沙質人工高地，變為高產的良田；把堆積的泥沙轉化為建筑材料，如燒制成砂磚或做混凝土砂料，既解決泥沙堆放問題，又可創造可觀的經濟收益。

參考文獻：

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