二黃灌區渠道和進水池淤積成因分析及處理措施

馬軍杰，楊曉峰，陳 瀟，史楊軍

（渭南市東雷二期抽黃工程管理中心，陜西 渭南 714000）

0 前言

東雷二期抽黃工程渠首位于陜西省渭南市黃河小北干流段，設計引水流量40 m3/s，灌區控制面積126.5 萬畝，修建樞紐抽水泵站3 座，分為七個灌溉系統共建成各級抽水泵站33 座（原設計37 座），泵站分級最高到八級。修建支渠以上灌溉渠道67 條，總長598 km，其中總干渠道85 km，北干渠道45 km。工程自1990 年7 月開工建設，2000 年正式灌溉，二十多年來，灌區配套面積達到69 萬畝，年均斗口用水量1.6 億m3，大大改善了渭北旱塬的農業生產條件，對促進灌區農村經濟發展做出了巨大貢獻。但由于黃河含沙量較高，各級渠道及泵站流道、進水池均出現了不同程度的泥沙淤積，清理費用較高，沒有堆放場地，成為制約灌溉生產、工程及機電設備安全運行的嚴重問題。

1 淤積形成的原因

灌區以黃河為水源，引水必引沙，經年累月，各級渠道和泵站前池、流道、進水池淤積嚴重，特別是位于塬下總干渠末端的北干二級站、位于塬上總干渠末端的下寨三級站、位于北干渠末端的流曲系統三合四級站，站前淤積尤為嚴重。

1.1 工程原因

1）渠首沉沙條渠的沉沙功能已消失殆盡，不能在源頭有效沉積泥沙。渠首一級站抽水經沉沙條渠沉沙后流入塬下總干渠，沉沙條渠長1.4 km，底寬80 m，作用是沉積推移質和大部分懸移質泥沙，自灌區開灌運行至今，淤積厚度已達4.5 m～5.3 m，總淤積量約60 萬m3，失去了沉沙功能，造成大量泥沙被裹挾進入塬下總干渠并逐級落淤。

2）渠道沉陷變形形成淤積。灌區各級渠道大多建在黃土臺塬基礎之上，地質結構復雜，基礎具濕陷性，加之早期施工技術、質量控制等原因，運行多年來出現了局部渠道比降遠遠小于設計比降、部分渠段沉陷變形底部起伏等不正常狀況，導致泥沙在沉陷部位淤積。

3）彎道淤積。受地理位置及地形限制，在總干渠和北干渠的彎道處，由于向心力的作用形成淤積，多年累積長草導致淤積向上下游延伸。

4）泵站進水池尺寸過大。由于進水池原設計不合理，如劉集系統褚王五級站進水池的秒換水系數高達148，泵站運行只能抽走進水管喇叭口周圍水流及泥沙，其余都淤積在進水池中。例如劉集系統褚王站進水池，淤積情況見圖1。

圖1 劉集系統褚王站進水池淤積照片

5）渠道斷面過大流量較小形成淤積，流速減小，挾沙能力降低，如北干渠末端三合站前，渠道斷面過大，設計流量9 m3/s，多年來實際運行最大過流僅5.8 m3/s，三合站為側向90°進水，加之機電運行人員運行求穩、水量求足，運行水位常常超過設計水位保持高水位運行，流速下降大量落淤，該段最大淤積厚度達1.6 m 以上。這種情況大量存在于各級支渠末端。

圖2 北干渠末端渠道淤積照片

1.2 灌溉調度原因

1）渠道、前池水位過高。灌溉運行期間，利用渠道各級節制閘攔蓄富余來水，以確保運行平穩和節約水量；泵站運行時延緩開機時間以抬高水位，確保機組運行平穩，渠道及前池水位過高，導致泥沙沉淀形成淤積，淤積厚度達到渠道襯砌高度的40%以上。

2）汛期、雨后高含沙期間引水。渭北地區每年春夏旱情嚴重，為了抗旱保收，在黃河汛期和上游暴雨造成河源來水含沙量大時，灌區卻不能停止抽水抗旱，由此帶來大量的泥沙淤積。

1.3 人為運行原因

這類淤積主要發生在站前渠道、流道和進水池。

①總干渠加西退水渠在北干二級站上游3.5 km、蒲石退水渠在下寨三級站上游3.8 km，由于要確保泵站運行出現突發事故停機不致渠道溢水，在修建時該兩段渠道襯砌上頂沒有比降，站前渠道襯砌高度高于正常襯砌高度1 m 左右，給運行人員一種水位還不到位的錯覺，為了減少機組振動平穩運行，幾乎一直處于超設計水位狀態運行，站前壅水流速降低導致淤積較多。

②各級泵站運行期間，對沒有投入運行的機組，不能及時關閉流道進水閘，導致非運行機組流道進水池泥沙大量淤積，給下次開機造成很大問題。

2 淤積對灌區的影響及危害

（1）渠道輸水功能受限。泥沙的淤積導致渠道過水斷面變小，比降變緩，直接影響了渠道的輸水功能。灌區種植結構趨于單一化，需水時段比較集中，特別是在夏灌時，不能大流量足額引水，嚴重影響抗旱生產。

（2）渠道運行出現險情。由于渠道淤積導致正常流量過水即超過設計水位，甚至溢出渠槽襯砌，溢水浸泡渠道外側土體，導致砼防滲功能消失，溢水過大時極易出現滲漏決口等險情發生；在冬季引水期間，溢水浸泡土體反復凍融，使渠道的使用壽命大大降低；淤積遮蓋渠道過水斷面，使日常巡查時不易發現工程隱患，襯砌上的裂縫在行水期間發生滲漏，極有可能造成決口等事故發生。

（3）加劇泵站機組磨損。進水池集中的大量淤積易造成回流漩渦等不良的水流流態，引起振動、汽蝕等現象，泵體磨蝕加劇，過流部件磨損嚴重，降低了水泵各部件的使用壽命，加大了運行維護成本。

（4）清淤難度大費用高。為保障正常灌溉，對于骨干工程渠道，每間隔兩到三個灌季，特別是要對北干二級站、下寨三級站及流曲三合站的進水池及站前渠道進行清淤，清淤工程量達到近8 萬m3，費用高達150 萬元以上，而且很難找到淤積物的堆放場地，一些支渠的渠堤已被清上來的泥沙覆蓋很高，造成人員巡護無法通行。待灌溉開機運行又形成新的淤積，周而復始，費工耗財，給灌區的運行和管理帶來了很大壓力，制約著灌區的良性發展。

3 減少淤積的思考和對策

（1）恢復太里一級站沉沙渠沉沙功能，做到清水上塬，為下游渠道減少淤積從源頭上解決問題。一是沉沙渠道沒有比降，可利用上游的東雷一級站提水經太里聯合閘向沉沙渠進行反沖，將沉沙渠的淤積退入黃河。為避免退沙造成的挑流對太里一級站取水的影響，應當在黃河流量大于1000 m3/s 的時段進行，此設想受黃委會“不能只引水不引沙”的限制。二是新修建一條沉沙渠，兩條沉沙渠交替使用，嘗試對淤積泥沙進行諸如制作人工防汛石材、燒結磚、蒸養磚，建筑沙、型砂以及進行改土造地等方面的開發利用。

（2）因工程原因造成的淤積，一是爭取資金逐步實施改造，特別是改造容積過大的進水池、比降過緩的渠道等工程缺陷，達到少淤積甚至不淤積；二是針對當前的工程現狀，盡可能運行較大流量進行輪溉，并在行水期間對淤積進行人工或機械擾動，利用水力拉淤；三是對于彎道和沉陷段以及橋梁、架管的支墩，要及時清理垃圾雜物，堅決清理淤積體上生長的雜草灌木等，杜絕垃圾、植物掛淤；四是針對斷面較大而長期運行較小流量的渠道，開挖形成穩定的過水小斷面，以提高流速。

（3）因調度和運行組合造成的淤積，一是在黃河含沙量大的汛期和雨季，要嚴格監測太里一級站取水含沙量，當含沙率超過5%并有上漲趨勢時，應關閘停機，待含沙率降至6%以下并有下降趨勢再啟閘抽水，做到源頭控制。二是提高調度組合水平，各級渠道都應該在最小流量以上運行；如利用節制閘進行渠道蓄水，應當避免在灌溉后期進行。在灌溉即將結束干渠水位下降流速臨近淤積流速時，要果斷開啟退水閘退水。三是控制各級泵站前池水位。灌溉運行期間，非特殊原因，泵站前池和流道水位要保持在最低水位與設計水位之間。四是做好機電設備的日常保養與維護。灌溉運行期間，盡可能的使各級泵站達到設計流量引水，以提高挾沙能力。各級泵站的進水閘應該啟閉靈活止水嚴密，運行機組的進水閘可每隔一到兩天壓閘運行以提高流速拉走淤積；非運行機組的進水閘應當保持關閉狀態，各機組須經常輪換運行，防止進水池淤積。泵站停機前，要使用高壓水槍、泥漿泵等設備將流道和非運行進水池淤積沖入運行機組進水池，利用水泵拉走淤積。

4 成功經驗

（1）根據《泵站設計規范》（GB T50265-2010）的規定，“進水池的水下容積可按共用該進水池的水泵30～50 倍設計流量確定”，二期抽黃大部分泵站進水池都存在容積過大的問題。如段家塬系統三級站和四級站進水池的秒換水系數分別為90 和146，運行時進水池水流紊亂，流態惡化，水泵機組強烈振動，并產生大量淤積。經過計算和試驗，確定了縮小圓形進水池尺寸以對水利條件進行改善的改造方案，將段家塬三級站、四級站8 個進水池均進行縮小，秒換水系數分別調整為33 和44，流態得到了很好的改善，機組振動基本消失，進水池也沒有發生淤積。在此基礎上，近年來對孫鎮系統西窯八級站、白家塬八級站、興鎮系統紀村四級站、李家八級站、劉集系統南陽四級站、褚王五級站等19 個進水池進行了縮容改造，改善了泵站的進水條件，進水池、流道、前池及站前渠道的淤積不同程度的大大減少，效果十分明顯。部分泵站進水池改造前后對比見表1，泵站改造示意圖見圖3，改造后的李家站進水池見圖4。

表1 部分泵站進水池改造前后數據對照表

圖3 泵站進水池改造示意圖

圖4 改造后的李家站進水池

（2）利用2016 年國家大型灌區續建配套節水改造項目，對塬上總干渠下寨三級站前3.8 km 渠道進行了徹底改造，渠底加寬了80 cm～86 cm，渠道比降由原來的1/4000 提高到1/3500，渠道襯砌上平的比降與渠底比降相同，降低了站前渠道襯砌高度，使得運行水位降低，在運行期間及時開機，保證在較高于設計水位狀態下運行，大大減少了站前渠道淤積。

（3）新建了北干站退水渠，確保北干二級站出現事故能夠迅速啟動退水。下一步擬改造北干二級站站前3.5 km 渠道，降低襯砌高度，確保在設計水位上下運行，將有效減少該段渠道淤積。

（4）流曲系統三合四級站位于北干渠末端，站前渠道底寬2.5 m，渠深2.3 m，過水流量9 m3/s，在實際運行中最大過流僅5.8 m3/s，加之三合站進水閘為90°直彎、泵站長年雍水運行，導致渠道淤積達1.6 m 以上。2015 年冬灌前對渠道淤積部位沿右側開挖底寬1 m、左側邊坡整修為1∶1.5 的小斷面，使渠道流速由原來的0.82 m/s 增加到了0.98 m/s，限定運行期間將進水流道水位由原來的1.6 m 降低到1.2 m。冬灌結束后對該段渠道進行檢查，沒有新增并且減少了約25%左右的淤積泥沙，效果十分明顯。2016 年對滑塌的淤積體重新進行了整修，2017 年春灌進一步將進水流道水位降至1.05 m，逐年修整，逐步拉淤，已經形成了穩定的過水斷面。北干渠末端開挖小斷面前后數據對照見表2，北干渠末端形成穩定小斷面的行水情況見圖5。

表2 北干渠末端開挖小斷面前后數據對照表

圖5 北干渠末端形成穩定小斷面的行水照片

（5）興鎮系統位于灌區中段，支渠淤積較為嚴重，人工、機械清淤費用大且損傷渠道，采用大流量輪灌的方法減少淤積，因部分渠道沉陷、反比降等原因效果也不明顯。經過管理人員多次試驗，在每次灌溉結束前采用旋耕機、振動棒等機械擾動，配合大流量運行，可有效減少淤積30%左右。支渠行水期間利用機械擾動見圖6。

圖6 支渠行水期間利用機械擾動拉淤

5 結語

抽黃灌區運行期間造成各級渠道和泵站進水池、前池等多處不同程度的淤積。淤積原因，除了河源來水含沙量較大以外，還有渠道沉陷變形、泵站進水池尺寸設計不合理、運行水位人為控制不力等因素。工程運行多年來，通過采取進水池改造、渠道改造、灌溉結束前機械擾動配合大流量運行等工程技術措施，取得了一定的經驗和成績，可為類似的灌區治理提供借鑒。