灌區渠道淤積的危害、機理與治理措施探究

朱德鋒

灌區渠道長期淤積如果得不到清理，則可能影響渠道的安全通航。導致河道淤積的因素是多方面，分析河道淤積的危害，并研究其機理，再對應采取科學、切實可行的治理措施才能達到理想的清淤目標。

1 工程概況

該灌區位于四會市逕口鎮，設計灌區面積1.03萬畝，加固改造及清淤干（支）渠和排渠46.121km；其中加固改造干渠8.634km（11條）、支渠21.815km（68條）、灌排渠8.749km（22條）、清淤排渠6.923km（3條）；拆除重建、新建各類渠系建筑物126座，包括：拆除重建89座（渡槽4座、農橋50座、涵洞35座）；新建37座（分水閘33座、泄水閘4座）；拆除重建電管站4座。

2 灌區渠道淤積的不良危害

2.1 泥沙淤積，無法通航

灌區泥沙淤積將造成渠道的封堵、堆積，影響其正常的水體運輸，從而影響灌區通航。特別是渠道屬于灌區系統的要害環節，發生堵塞淤積，甚至可能帶來整個灌區安全。例如：夏秋灌區渠道淤積可能帶來巨大損失，只有做好清淤工作，才能確保后續的灌溉常規運轉，防止水體淤積。渠道淤積不僅會影響正常輸水，也會影響正常輸砂，而且后續的輸砂工作十分復雜，具體按照以下關系式：Q=KQnS。

渠道過流性能下降，使得輸砂能力Q必然下降，從而影響輸砂率，結合相關的研究成果得出：渠道輸水性越低，其輸砂能力越差，如果河道得不到改善，則可能進入惡性循環模式。

2.2 清淤量大，成本提高

灌區要想常規疏通，維持正常的通航能力，必然需要定期清淤，這必然要耗費較多的成本和財力，如果灌區淤泥得不到及時地清理，則可能導致淤泥逐層積厚，當淤泥堆積高度較高超出一定界限，則難以通過常規的成本投入與人力投入解決問題，使得清淤成本越來越高，工作量越來越大，特別是非引水性泥沙的清理會加大地增加成本。

2.3 清淤占用耕地面積

耕地資源是我國目前最為寶貴的資源之一，然而嚴重的灌區渠道清淤，清理出的大量泥沙都將堆在渠道兩岸，這無疑占據了耕地空間。例如：某地區大范圍清淤，所清除的泥沙置于干渠兩端，形成了若干條沙壟，嚴重占據了耕地空間，一方面由于清除的淤泥運輸需要耗資較大，形成堆積，另一方面隨著清淤工作的逐年開展，必然會增加了堆積負擔，耕地資源面臨著威脅。逐年對耕地的占據也將增大灌區種植難度。

2.4 四周生態環境遭到破壞

清淤堆砂長期堆放于水渠兩側，如果這些堆砂得不到及時處理則可能形成人造沙堆，遇到狂風天氣則將形成沙塵暴，不僅會污染周圍環境，還影響了地表植被的生長，形成沙漠化土體，加劇了環境負擔。

3 灌區渠道淤積的機理分析

從單純的理論上分析，渠道淤積主要是由于渠道水流沙能力和渠道水體含砂量之間的比例，如果渠道水流瞬間的含沙量超過水流瞬間的挾沙能力，則渠道發生堵塞，相反，則渠道正常通水，當二者相等時，渠道則走向沖淤平衡模式。對此就要求渠道的瞬間沖砂能力持續地提高，這樣才能確保水體順暢流通，達到沖淤通航的目標。同時，灌區渠道淤積也有時段的差別，要想控制淤積問題，只需確保各個時段的淤泥量在0以下，也就是可以讓河道在某一時段淤積，但是能夠在其他時段徹底將淤泥沖刷干凈，維持渠道一個整體的通暢狀態，渠道的淤積還受到以下因素影響：

3.1 渠道比降

不同灌區所處地理環境不同，對應的地形條件也有所差別，渠道通暢平整、平緩，一般來說渠道比降如果達到1/6000，則不具備自身的清淤能力，河道淤積成為必然，而且淤泥長期淤積得不到治理和處理，則將使得淤泥面加厚，日積月累會形成一個平緩的地勢，則不利于水體和淤泥的同時排除。

3.2 渠道斷面

同等環境下，河道淤積與沖水還會受到引水流量的影響，特別是當河流無法充足供水、灌區水體受限時，引水閘則無法達到規定的引水流量，使得引水在較低的標準下引流，這樣則可能導致河道的嚴重淤積。而且現階段渠道斷面邊坡系數一般達到2.0，參照最理想的輸砂性能系數來剖析，最理想的邊坡系數達到1.0～1.5。所以，邊坡系數超出合理范圍必然造成渠道無法高效輸砂。

3.3 渠道粗糙

灌區渠道多為土體性質，去粗糙率達到0.017～0.019，襯砌渠道則稍微偏低，然而，實際的渠道設計，糙率設計也要小于現實的糙率，導致渠道的寬度不斷增加，水流泥沙處于較寬渠道之下，則可能帶來泥沙淤積問題。

4 渠道淤積的治理措施

4.1 做好引水引砂

按照常規規律，汛期引水泥沙更細致，有利于泥沙的傳輸，然而，當引水含砂量超標，則將超出渠道的挾沙性能，從而帶來各個層面、各個高度渠道的淤積，大量的實踐表明：汛期的含砂量更大，甚至超出25kg/m3，必須加大力度降低引水的含沙量。

4.2 提高渠道比降

應該盡量讓入渠泥沙逐漸朝著田間傳輸，保持水渠的通暢，而且要對當前工程實施系統地規劃、深入剖析，可以根據拓建、改造等的需要來科學地調節渠網，從而最大程度地拓展渠道的豎向坡，結合若干個灌區的現實施工經歷，可以把水渠的縱坡比降控制到1/2500以上，這樣就能全面提高渠道的輸水、沖砂性能，以此來控制渠道淤積問題。

4.3 襯砌渠道，控制滲漏與糙率

引水灌溉的大量經驗得出：渠道襯砌能夠有效控制糙率，增加水體的流動速度，控制水流流程過程中的損失，從而提高水渠的輸砂性能，能夠規整斷面，控制滲漏等多方面的優勢功能。特別是采用混凝土襯砌，能夠有效地提升河道的輸水能力。因為土體渠道的糙率達到0.02，甚至更高，對應的混凝土面則極大地降低了糙率，僅為0.014，同等參數條件下，能算出土體渠道和混凝土面渠道的流速相差40%，其挾沙性能也對應提高，高達50%。從中可以看出，全面襯砌渠道是渠道淤積的有效改善措施，能夠有效控制渠道阻力，改變渠道形態，全面提升渠道的輸水輸砂能力。

4.4 塑造渠道形狀，增強斷面輸砂能力

傳統的灌區渠道一般將斷面修筑成長方形、梯形等，然而，隨著當前防滲技術的進步，可以對渠道斷面形狀進行大膽創新，使其從直線圖形變成曲線型，例如：變成U形或圓弧狀等。之所以選擇曲面圖形渠道，能夠全面提高渠道斷面的水流速度，特別是當渠道的水力條件優、形成一個理想的水力斷面時，則能夠控制襯砌的施工量，從而提升斷面的砂體傳輸能力，這樣就能為高出含砂流水創造有利條件，也方便水體匱乏短缺區域的引水。

4.5 科學地調度水砂

灌區渠道水體傳輸中，必須合理地調度渠道水體和砂體，而且要盡可能地選擇大規模集中引水的方式，一次性引水符合設計的流量和標準，控制引水時長，防止出現細水漫流的現象，而且實際清淤中也要結合渠道引水的具體條件、現實情況，不同干渠的引水能力等來科學地調配分水量，也要嘗試新的調整輪灌組合，從而讓低級的渠道流量有所保證，確保下一級渠道能夠達到理想的流量，特別是當洪水爆發時期，河流的含沙量較大，內部雜物較多時，也必須盡可能地回避砂體高峰期引水，這樣才能回避泥沙。

5 總結

灌區渠道淤積會對灌區帶來一定的危害和威脅，影響灌區的耕地正常使用，影響通航，對此必須加大對灌區渠道淤積問題的重視力度，采取科學有效的措施來清淤通航，從而一個健康、合理的灌區環境。