金溝河渠首樞紐泥沙處理思考

【摘要】金溝河灌區(qū)位于新疆北部準噶爾盆地南緣，屬冰川融雪補給型河流，河系年均徑流量3.2億方，金溝河灌區(qū)灌溉面積50萬畝，工程自1959年開發(fā)建設(shè)，已運行50多年，主要存在的問題是渠首泥砂淤積嚴重、防洪標準偏低等，鑒于以上問題，渠首樞紐的安全運行管理凸顯的尤為重要。

【關(guān)鍵詞】金溝河；渠首樞紐；泥砂；處理

一、渠首樞紐工程改建概況

鑒于金溝河流域骨干工程整體老化等問題，1998年金溝河灌區(qū)被列為國家大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的灌區(qū)，按照《大型灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套項目建設(shè)管理辦法》項目建設(shè)內(nèi)容和目標明確，根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)狀及2015年發(fā)展規(guī)劃對水利工程的要求，研究確定設(shè)計水平年的灌區(qū)水利工程總體布置，仍保持現(xiàn)狀，對灌區(qū)內(nèi)的骨干水利工程進行全面徹底的改造和配套，做到改造一片，成型一片，發(fā)展一片。

1、金溝河渠首樞紐主要工程的改建技術(shù)指標及水利要素如下：

渠首改建，設(shè)計洪水標準5%，設(shè)計流量253 m3/s；校核洪水標準2%，校核洪水流量386 m3/s。1988年改建設(shè)計進水閘設(shè)計流量35 m3/s，校核流量45 m3/s，沖砂閘設(shè)計流量147 m3/s，校核流量220 m3/s。本次改建進水閘設(shè)計流量、校核流量不變，沖砂閘設(shè)計、校核流量按150m3/s計算。抬高進水閘閘底板高程至預(yù)留高程，沖砂閘閘底保持現(xiàn)高程不變。將溢流堰原疊梁閘改建為3孔泄洪閘，閘孔寬5m，設(shè)計流量103m3/s，校核流量174 m3/s。溢流堰改建設(shè)計中，采用自潰壩形式的結(jié)構(gòu)（即下部對原堰體進行加固培厚，上部采用預(yù)制塊砌筑的自潰壩），針對自潰壩的形式和壩頂高程的選定進行了多次反復(fù)論證，最終確定812.6為堰頂高程，經(jīng)過運行證明該種形式是可行的。

二、 金溝河渠首樞紐目前使用情況

金溝河渠首樞紐目前由溢流堰、非常泄洪閘、泄洪沖砂閘與引水閘樞紐一座，上下游導(dǎo)流堤，沉砂池、0號沖砂閘，1、3、4、號排砂渦管，在其下游有排砂漏斗一座。渠首樞紐排砂設(shè)施布設(shè)大致可以劃分為三級；一級排砂設(shè)施主要處理樞紐上游的泥沙，有非常泄洪閘、1孔泄洪沖砂閘。正常運行情況下，一級排砂設(shè)施可以處理渠首60%左右的泥砂；在沉砂池上設(shè)有1號渦管、0號閘，為渠首樞紐的二級排砂設(shè)施，正常運行情況下，可以處理渠首樞紐20%左右的泥沙；在干渠上設(shè)有3、4、號渦管和漏斗為渠首樞紐的3級排砂設(shè)施，正常運行情況下，可以處理剩余進入干渠的泥沙；渠首建設(shè)初期，灌區(qū)土地面積較小，灌區(qū)需水少，引水量小，排沙水相對較多，加之渠首上下游縱坡大，渠首運行較好。渠首樞紐經(jīng)過多年的運行使用，灌區(qū)土地面積逐漸增加，引水比不斷加大，渠首下游泥沙逐漸淤積，河床不斷抬高，上下游河道縱坡逐漸減小，排砂效果不斷遞減。加之金溝河流域泥沙含量大，在運行時很難解決好引水和排沙的矛盾，這樣渠首一級排沙設(shè)施的功能不能很好發(fā)揮，直接造成閘前后泥沙淤積量進一步增加，對渠首工程安全運行構(gòu)成了嚴重威脅。

渠首樞紐一級排砂設(shè)施的泥沙處理不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，必然造成大量的泥砂進入沉砂池和引水干渠，為了避免下游干渠過度磨損，渠首樞紐的泥沙處理壓力就放在二、三級排砂設(shè)施上，原本1號渦管排砂效果最為理想，但是因為泥砂量過大和渦管下游的淤積問題，目前已無法正常使用。當前渠首主要依靠0號閘、3、4號渦管、漏斗的泥砂處理來維持渠首樞紐的日常運行，由于泥砂量過大，已超過渦管、漏斗自身的處理能力，近幾年渦管頻繁發(fā)生淤死情況，特別是今年多次發(fā)生渦管由入口處直接淤死的嚴峻現(xiàn)狀，往年都是由于渦管出口處開始淤積從而造成渦管淤死。目前在3、4號渦管到漏斗附近都堆積了大量的泥砂，渠首可以利用0號閘冬季棄水沖砂減淤，如果在2017年汛期到來之前這些泥砂不能得到處理，那隨時可能造成渠首渦管、漏斗的淤死和癱瘓，渦管、漏斗一旦無法正常使用，將對我處下游工程構(gòu)成嚴重損害。繼而影響到正常的引配水工作，形成惡性循環(huán)，后果不堪設(shè)想。

三 、渠首樞紐泥砂處理思考

目前金溝河渠首樞紐的三級、四級排砂設(shè)施渦管、漏斗承擔(dān)的泥砂處理任務(wù)過重，應(yīng)該將渠首泥砂處理的重點放在一、二級排砂設(shè)施上。結(jié)合工程現(xiàn)有條件，解決渠首泥砂問題；

可行運行方案一，將渠首泥砂分級處理：

1、首先要發(fā)揮渠首樞紐一級排砂設(shè)施的作用最大化，不能把泥砂處理的壓力放在2、3級排砂設(shè)施上，根據(jù)查閱相關(guān)資料，費爾干式渠首設(shè)計引水比例一般不超過50%，我們目前現(xiàn)狀雖然不能達到這一要求，但是在泥砂處理思路上，也要將發(fā)揮一級排砂設(shè)施的作用作為首選方案。

（1）充分利用渠首樞紐上游非常泄洪閘的排砂能力?？梢杂行У慕档蜕嫌魏哟?，減輕自潰壩在汛期遇小型突發(fā)性洪水就潰壩的風(fēng)險。目前非常泄洪閘下游河道輸砂也具備有利條件。 不利影響；非常泄洪閘排砂需要水量較大，時間較長，對引水工作影響較大。

（2）發(fā)揮泄洪沖沙閘1孔（輸砂道）的最大排砂能力。按照渠首工程布設(shè)特點，輸砂道排砂對渠首運行控制最為有利。目前需要加大輸砂道尾部清淤量，疏通下游排砂通道。

不利因素：渠首泄洪沖沙閘1孔閘底板3年前修補時，抬高了閘底板高程約0.7米，通過運行觀察得出結(jié)論，減小了孔口過流能力，降低了流速，對渠首排砂效果非常不利；渠首輸砂道明渠上游段工程老化，還存在隱患，因隱患部位埋的較深，不易維修。汛期輸砂道長期使用時容易暴露。構(gòu)成安全威脅。建議：降低泄洪沖沙閘1孔閘底板高程；對隱患部位維修處理。

2、適時啟用二級排砂設(shè)施1號渦管，可以有效降低沉砂池的淤積高程。1號渦管的使用與輸砂道密切相關(guān)，1號渦管運行前提是，必須保持輸砂道尾部河道排砂通道暢通。

3、只有一二級排砂設(shè)施的作用發(fā)揮了，才能減輕下游3級排砂設(shè)施3、4號渦管和漏斗的泥砂壓力，加之0號閘的輔助沖淤，可確保3級排砂設(shè)施在機械輔助下能循環(huán)利用，保持渠首汛期正常運轉(zhuǎn)。

如果采取以上運行辦法，勢必會減少渠首的引水量，造成渠首引進水量的不穩(wěn)。建議：加強洪水站回收水口管理，對回收水入口進行改建，加大回收水的能力，彌補渠首排砂水量造成的引水損失。

渠首樞紐運行方案二

如果渠首一二級排砂設(shè)施的作用無法發(fā)揮，僅僅依靠3級排砂設(shè)施3、4號渦管和漏斗來處理大量的泥砂，勢必要完全依靠工程機械大量清淤和0號閘頻繁沖砂。這樣會冒很大的風(fēng)險；（1）渠首樞紐上游的泥砂過度淤積會對防洪安全構(gòu)成一定威脅；（2）大量的泥砂通過渦管漏斗來處理，渦管漏斗將不堪重負，運行現(xiàn)狀會持續(xù)惡化，直到機械不停作業(yè)也無法保證維持正常運轉(zhuǎn)。（3）0號閘下游至漏斗段河道淤積高程在不斷抬高，上下游自然縱坡逐漸減小，0號閘沖砂效果在逐年在遞減。發(fā)展下去只能依靠大量的機械清淤了。

金溝河渠首樞紐工程雖然已經(jīng)使用近60年了，也存在各種問題，作為運行管理人員，如果采取適當?shù)倪\行方式，趨利避害因地制宜，還可以發(fā)揮現(xiàn)有工程最大的效益！