多泥沙河流渠首引水排沙綜合處理技術

錢新妮

(新疆金溝河流域管理局，新疆 沙灣縣 832100)

新疆地處亞歐大陸的腹地，年降水量區域分布極不均勻，水土流失嚴重，自然生態環境十分惡劣，多泥沙是新疆河流普遍存在的主要特點。金溝河發源于天山北麓，河水中的泥沙主要來源于河水對上游河床和降水對河道周圍山地及匯流區的沖刷，金溝河年產沙量達到86.5萬t，是新疆產沙量較高的河流之一，長期以來因灌溉、生產引水引發的渠首上下游河道泥沙淤積、泄洪能力降低等問題不斷凸顯，對工程安全運行、流域水資源優化配置和河道綜合治理帶來了影響。開展金溝河渠首引水排沙綜合技術實踐研究是必要的，對泥沙科學防治具有十分重要的作用。

1 概述

金溝河引水渠首位于金溝河出山口處，為攔河閘壩式，主要建筑物由上下壩、泄洪閘、引水閘組成，其中上壩位于泄洪閘和引水閘之間，將河道分隔成內庫和外庫，目的是將外庫大河來水中的推移質和懸移質泥沙進行初步沉淀后把含少量泥沙的水引入內庫，河水在內庫進一步沉淀后經引水閘引入使用，以減少泥沙對渠道的磨損。渠首上游為淺山帶，兩岸為陡峭的山谷，河谷呈U型狀布置，渠首以上2km范圍內河道寬150～450m，自然坡降為15‰。渠首下游為洪沖擊扇平原區，從渠首往下河面不斷變寬，泄洪閘后有泄水連接段工程，寬度50～70m，呈喇叭狀布置，末端連接河道，河道寬500～1000m，兩岸建有防洪堤工程，是金溝河泥沙的主要沉積區域。

2 泥沙沉積原因分析

金溝河年來水量約3.5×108m3，平均年徑流量11m3/s，年度水量分布極不均勻，6—8月約占全年水量的70%，該時段也是金溝河泥沙的主要來源。上游河道產生的泥沙沿著山谷往下推移，一方面受渠首工程阻擋和引水影響，水流攜沙能力在閘前被削減，速度變緩，大量泥沙在外庫河道內淤積，并沿河道水流坡降向上游延伸，抬升河床高度，對河道行洪安全帶來不利。一方面受渠首上下游河道地形現狀和來水不均的影響，上游河道來沙除一部分在閘前淤積外，另一部分經泄洪閘下泄，受下游河道面寬影響，水流被切割分散，不能形成集中水流，沖沙效果不理想，泥沙不能被沖刷到較遠范圍。引水和上游來水不均是造成泥沙在渠首上下游淤積的主要原因。

3 泥沙綜合處理技術

3.1 監測點位的確定

金溝河引水渠首泄洪閘底板高程為815.00m，其上游河道自然坡降大于15‰，大河來水流速較快，考慮到水流坡降和水閘關閉對泥沙淤積的影響，本次選定渠首上游1km內河道為泥沙監測范圍。渠首泄洪閘后消能設施底板高程為809.00m，其下游河道是泥沙的主要淤積區，因河面較寬，水流沖沙的實際效果因水流大小和集中度有密切關系，本次選定泥沙淤積監測范圍為渠首泄洪閘以下2km內。點位布設如圖1所示。

圖1 泥沙淤積監測點位布置圖

3.2 引水排沙綜合措施

3.2.1小水存沙措施

小水指上游大河來水≤30m3/s的水流，且持續時間較短，一般為0.5h左右。由于來水量較少，水流在渠首上游河道中僅能形成一層較薄的水面，水流可以攜帶一定的懸疑質泥沙和少量細小顆粒推移質泥沙，水流攜沙沖沙流速和動能明顯不足，不能對渠首上下游淤積的泥沙產生明顯影響。操作運行上，當遇上游河道來水≤30m3/s時，采取關閉泄洪閘，實施水量全部引入灌溉的措施，讓水流攜帶的泥沙沉積在渠首上游外庫河道中，運行中密切關注外庫河道泥沙淤積高度，視情況必要時停止引水并開啟泄洪閘，借助外庫中存積的水量進行集中沖沙。

3.2.2中小水邊沖邊引措施

中小水指30m3/s<上游大河來水≤80m3/s的水流，水流持續時間不長，一般小于1小時。此類型水流在金溝河6—9月份較常見，發生頻率較高，有較強的攜沙沖沙能力，水流能在渠首上游河谷中形成寬厚的水面，能大量攜帶沉積在渠首上游河道內的大部分推移質泥沙到下游河道。操作運行上，當遇大河來水大于30m3/s，介于30～50m3/s時，因水流沖沙能力有限，優先進行灌溉引水；當遇大河來水遠大于30m3/s時、介于50～80m3/s時，水流具備一定的沖沙能力，在滿足引水的需求下，間歇性開啟泄洪閘，集中水流進行沖沙，實施邊排邊引的措施。運行中密切關注外庫來水和泥沙淤積情況，當外庫泥沙來量大，瞬間淤積較多時，停止引水，集中全部水流進行沖沙。

3.2.3大水集中沖沙措施

大水指上游大河來水大于80m3/s，持續時間超過0.5小時以上的水流。此類型水流近年在金溝河發生頻率不高，一般遇持續高溫和較大的降水或混合情況條件下較易發生，此類型水流攜沙沖沙能力極強，能在上游河道形成較寬厚的水面，能將上游河道沉積的大顆粒泥沙經渠首沖刷到下游較遠河道，短時間內能有效降低河床高度。操作運行上，當遇渠首上游河道來水大于80m3/s時，停止引水，關閉引水閘，視來水量依次開啟泄洪閘1、2、3孔，全部下泄上游洪水，最大程度降低上游河床泥沙淤積高度和將下游河道泥沙沖刷到較遠地點。

3.2.4綜合泥沙處理措施

金溝河上游來水存在年度季節性相差較大、不持續不穩定等特點，大河水量不能滿足即保證引水需要，又保證泥沙處理的需要，操作上單靠任何一種運行模式都不能解決引水和泥沙處理之間的矛盾，需在不同時間段突出不同重點內容，要綜合考慮、統籌協調。操作運行上，在春夏季引水期采用組合技術措施，即視上游來水情況綜合采用存沙、邊排邊引和集中沖沙的運行方式，堅持泥沙處理優先于引水的原則，控制年度取水總量，保證沖沙水量，實現有效沖沙排沙；在秋冬季節以排沙沖沙為主，視水量采用機械疏導的模式實現集中水流沖沙。

4 效果分析

針對金溝河渠首上下游范圍內泥沙淤積問題，通過采取不同工況和時間段下綜合技術措施的應用及監測點數據的采集，其數據見表1和圖2。

表1 不同引水排沙方式監測點數據對比表

圖2 不同引水排沙方式監測數據對比圖

從監測結果來看，采取存沙模式運行，渠首上游河道內泥沙淤積較明顯，淤積長度約為閘前750m的位置，閘前最高淤積厚度達到了2.75m，對工程安全運行和河道行洪帶來不利；采用邊引邊排模式，閘前泥沙淤積相對存沙模式有所減少，但泥沙在前仍有部分淤積，淤積長度約為閘前500m的位置，閘前泥沙淤積厚度達到了1.82m，同時因渠首下泄水流沖沙和攜沙能力有限，泥沙不能被沖刷到較遠河道，在下游河道2km范圍內均有淤積，在600～1000m范圍內淤積比較明顯，厚度達到1.28m；采用全沖沙模式，其作用效果比較明顯，達到了減少泥沙淤積，降低河床高度的目的，渠首上下游河道泥沙淤積高度較原河床均有所降低，其中上游監測范圍內河床降低最深達到1.17m，下游受河面較寬影響，監測范圍內河床也有不同降低，最高監測點深度達到0.92m，改善上下游泥沙影響范圍效果較好。采用泥沙綜合處理技術措施，渠首上下游較原河道改變并不明顯，上下游河道均有降低和抬高的河段，但數值變化不大，基本保持了與原河床高度一致，泥沙綜合處理技術對穩定河床泥沙淤積和保持河道性狀變化作用明顯。

5 結語

金溝河渠首泥沙處理綜合技術是開展金溝河泥沙研究實踐和經驗總結的成果，通過綜合技術的應用，起到了減緩泥沙淤積目的，達到了引水與排沙科學協調和統籌推進的良好效果，為推進流域可持續發展提供了強有力保證，其經驗也為新疆多泥沙河流引水與泥沙處理提供了思路遵循，具有較強的現實指導意義。同時因金溝河泥沙淤積存在長期性和復雜性等特點，對泥沙淤積問題的處理每個時段的方法和措施也都不盡相同，需要結合實際繼續作深入研究和實踐，不斷豐富和完善技術方案，最大限度處理好引水和泥沙之間的關系。