淺談新疆多泥沙急流排沙系統(tǒng)運(yùn)行管理

周立勝

【摘要】新疆是一個(gè)小型水電站較多的省份，山區(qū)河流中多伴有懸移質(zhì)、推移質(zhì)、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(jù)水文、泥沙、地質(zhì)條件因地制宜，本文通過(guò)總結(jié)新疆多處多泥沙急流上的水工建筑物設(shè)計(jì)、施工以及多年渠道運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)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(xì)粒硅砌卵石，這樣既可以增加渠道糙率、降低流速，又可以達(dá)到抗磨蝕效果。

【關(guān)鍵詞】多泥沙河流；渠首；渠道；排沙系統(tǒng)

引言

新疆河流絕大部分是多沙河流，河流洪水歷時(shí)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(xiàng)長(zhǎng)期且量大任務(wù)艱巨的工作，在排沙工程建設(shè)中，要做到合理引水排沙，渠首、渠道的布置形式的選用至關(guān)重要。

1、渠首設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

新疆河流多為山溪性多泥沙內(nèi)陸河，河道流程短，水量小，推移質(zhì)泥沙含量高，解決好引水排沙問(wèn)題，是引水工程關(guān)鍵。1956年蘇聯(lián)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(chǎn)生橫向環(huán)流的原理進(jìn)行正面引水和側(cè)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(guò)不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，1967年建成伊犁喀什河引水渠首，運(yùn)行41年，實(shí)測(cè)進(jìn)水閘不進(jìn)推移質(zhì)，引水防沙效果良好，是創(chuàng)新的第三代彎道渠首。

1.1 上游整治工程及導(dǎo)流堤超高與布置。上游導(dǎo)流堤為彎道式引水渠首的重要組成部分，對(duì)于平順地導(dǎo)引河水歸槽形成良好水流流態(tài)具有重要作用。上游整治段導(dǎo)流堤的長(zhǎng)度、角度，應(yīng)依天然河床寬度及穩(wěn)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(shí)較短，河流洪峰到來(lái)前，對(duì)引水道的沖刷能力較弱，有的工程在來(lái)不及將淤砂沖走時(shí)，洪峰陡漲就可能造成漫堤。因此，在這些渠首的設(shè)計(jì)上要預(yù)計(jì)渠首泄洪通道在洪水前的淤積情況，適當(dāng)加大超高。

1.2 彎道整治段設(shè)計(jì)。彎道整治段的設(shè)計(jì)，主要應(yīng)考慮彎道設(shè)計(jì)流量，長(zhǎng)度穩(wěn)定寬度、曲率半徑、縱坡、彎道流速及與進(jìn)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(wěn)定強(qiáng)烈的橫向環(huán)流。彎道設(shè)計(jì)流量較理想的情況是2-3倍的進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量，每年出現(xiàn)的時(shí)間有20-30天，如果洪水季節(jié)河道正常流量較大時(shí)，可通過(guò)泄洪閘泄洪排沙，若彎道按2倍設(shè)計(jì)流量在7-8月份洪水季節(jié)出現(xiàn)天然較少，而進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量又不能減少時(shí)，可按每年洪水季節(jié)都能發(fā)生一定時(shí)間（大于10天）的流量作為彎道設(shè)計(jì)流量，縱坡、流速底寬之間需統(tǒng)一考慮，要使彎道設(shè)計(jì)流速達(dá)到泥沙起動(dòng)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(xiàn)亂流；防止由于沖沙時(shí)引起對(duì)下游河岸的沖刷；在下游整治段內(nèi)應(yīng)形成較大的輸沙能力，以便將推移質(zhì)泥沙輸送到下游河道較遠(yuǎn)的地方。根據(jù)樞紐的平面布置和當(dāng)?shù)貤l件，下游排沙退水整治段應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成直線，在沖沙閘下游修建新導(dǎo)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(yuǎn)，而且還可以擴(kuò)大閘前的沖刷范圍。中心導(dǎo)流堤采用逐漸延伸的方法，達(dá)到既能輸水攻沙，又能防止沖刷的目的。

2、渠道設(shè)計(jì)施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

渠道設(shè)計(jì)就是要在滿足灌區(qū)灌溉的設(shè)計(jì)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(fā)揮巨大的輸水能力，又不使渠道發(fā)生淤積和沖刷滑坡。泥沙在隨水流動(dòng)過(guò)程中不斷地上浮下沉，不斷地有細(xì)顆粒泥沙懸浮起來(lái)，也有粗粒泥沙沉積下去，懸移質(zhì)泥沙與河床質(zhì)泥沙不斷地發(fā)生交換，使渠床發(fā)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(guān)系中，懸沙中屬床沙質(zhì)部分的飽和含沙量。當(dāng)水流中懸移質(zhì)含沙量超過(guò)挾沙能力時(shí)就會(huì)發(fā)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(guān)鍵所在。

新疆地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，植被覆蓋度低，境內(nèi)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(zhì)泥沙的磨蝕作用，因此，渠道襯砌設(shè)計(jì)較為重要，它是保證渠道正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。經(jīng)過(guò)多年摸索，在多泥沙急流渠道的底部采用C20細(xì)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(xiàn)澆硅砌卵石施工時(shí)，先澆筑5cm找平層，再澆筑25cm厚的現(xiàn)澆硅砌卵石層。C20現(xiàn)澆硅砌卵石施工采用小型插入式振搗器振搗密實(shí)，卵石按漿砌石要求露出平面5cm，以增加糙率。這種襯砌結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：（1）安全性高。30cm厚的C20現(xiàn)澆硅砌卵石可以有效地降低渠道流速，且其抗磨蝕能力優(yōu)于普通漿砌石。（2）施工質(zhì)量好控制。同普通漿砌石相比，采用鋪“漿”法施工的現(xiàn)澆硅砌卵石施工質(zhì)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(jìn)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(qiáng)抗凍能力，防止低溫對(duì)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(dǎo)沙、排沙設(shè)施施工建設(shè)中，要充分利用各種先進(jìn)技術(shù)，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(biāo)號(hào)；二是優(yōu)化設(shè)置排沙設(shè)施，使排沙、攔沙、導(dǎo)沙設(shè)施均處于水下一定深度，以減輕冰凍影響；三是在冬春季節(jié)引水中，要保持設(shè)施其中的水流間歇排沙和流動(dòng)，防止冰凍對(duì)排沙的影響；四是始終使下泄水流通過(guò)排沙閘，既達(dá)到排沙的目的，而且盡可能將淤泥向下游輸送得最遠(yuǎn)。同時(shí)，對(duì)進(jìn)口后的沉砂池也要增加保溫措施，以方便冬春季節(jié)的清淤引水。

3.2 實(shí)施灌區(qū)水沙優(yōu)化調(diào)度。合理利用水資源，采取節(jié)水灌溉措施，有計(jì)劃地調(diào)配水量、優(yōu)化水沙過(guò)程，在滿足灌區(qū)用水需要的前提下，盡量在大流量、小含沙量的條件下進(jìn)行引水引沙，以減輕渠道淤積。先沉沙、后退水入河，減小灌區(qū)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(guò)襯砌渠道、減小渠道糙率、加大渠道比降與優(yōu)化斷面形態(tài)等，可提高渠道輸沙能力，達(dá)到減輕渠道淤積的目的。

3.3 實(shí)施灌區(qū)泥沙資源的優(yōu)化配置。隨著灌區(qū)內(nèi)供需用水矛盾的不斷增加，農(nóng)作物科學(xué)種植結(jié)構(gòu)得不到有效實(shí)施，在作物需水期用水矛盾更加顯著。一些部門根據(jù)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(qū)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(nèi)泥沙（特別是末梢段）處于停留懸浮狀態(tài)，久之，便沉積在渠段中，不但影響了下游渠段的過(guò)水能力，并且還影響上游的水流速度，使渠段內(nèi)發(fā)生不同程度的淤積。這種惡性循環(huán)勢(shì)必造成整個(gè)渠系的泥沙淤積，是水管部門今后需要考慮的主要防淤問(wèn)題?？茖W(xué)調(diào)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(qū)域灌溉，增加保持土壤水分的有效時(shí)間，減小渠系泥沙淤積量。

4、結(jié)語(yǔ)

清淤泥沙通過(guò)一定的轉(zhuǎn)化處理，可以由“害”變成資源加以利用。通過(guò)平整改良土地、灌區(qū)渠首高地建設(shè)，將引黃泥沙用于建造高標(biāo)準(zhǔn)沙質(zhì)人工高地，變?yōu)楦弋a(chǎn)的良田；把堆積的泥沙轉(zhuǎn)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(wèn)題，又可創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

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