灌區(qū)渠道淤積的危害、機(jī)理與治理措施探究

朱德鋒

灌區(qū)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(dǎo)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(jī)理，再對應(yīng)采取科學(xué)、切實(shí)可行的治理措施才能達(dá)到理想的清淤目標(biāo)。

1 工程概況

該灌區(qū)位于四會(huì)市逕口鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)灌區(qū)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(nóng)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(qū)渠道淤積的不良危害

2.1 泥沙淤積，無法通航

灌區(qū)泥沙淤積將造成渠道的封堵、堆積，影響其正常的水體運(yùn)輸，從而影響灌區(qū)通航。特別是渠道屬于灌區(qū)系統(tǒng)的要害環(huán)節(jié)，發(fā)生堵塞淤積，甚至可能帶來整個(gè)灌區(qū)安全。例如：夏秋灌區(qū)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(xù)的灌溉常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止水體淤積。渠道淤積不僅會(huì)影響正常輸水，也會(huì)影響正常輸砂，而且后續(xù)的輸砂工作十分復(fù)雜，具體按照以下關(guān)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(jié)合相關(guān)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(jìn)入惡性循環(huán)模式。

2.2 清淤量大，成本提高

灌區(qū)要想常規(guī)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(fèi)較多的成本和財(cái)力，如果灌區(qū)淤泥得不到及時(shí)地清理，則可能導(dǎo)致淤泥逐層積厚，當(dāng)淤泥堆積高度較高超出一定界限，則難以通過常規(guī)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(huì)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(yán)重的灌區(qū)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(jù)了耕地空間。例如：某地區(qū)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(yán)重占據(jù)了耕地空間，一方面由于清除的淤泥運(yùn)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(huì)增加了堆積負(fù)擔(dān)，耕地資源面臨著威脅。逐年對耕地的占據(jù)也將增大灌區(qū)種植難度。

2.4 四周生態(tài)環(huán)境遭到破壞

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

3 灌區(qū)渠道淤積的機(jī)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(fā)生堵塞，相反，則渠道正常通水，當(dāng)二者相等時(shí)，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(xù)地提高，這樣才能確保水體順暢流通，達(dá)到?jīng)_淤通航的目標(biāo)。同時(shí)，灌區(qū)渠道淤積也有時(shí)段的差別，要想控制淤積問題，只需確保各個(gè)時(shí)段的淤泥量在0以下，也就是可以讓河道在某一時(shí)段淤積，但是能夠在其他時(shí)段徹底將淤泥沖刷干凈，維持渠道一個(gè)整體的通暢狀態(tài)，渠道的淤積還受到以下因素影響：

3.1 渠道比降

不同灌區(qū)所處地理環(huán)境不同，對應(yīng)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(dá)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(huì)形成一個(gè)平緩的地勢，則不利于水體和淤泥的同時(shí)排除。

3.2 渠道斷面

同等環(huán)境下，河道淤積與沖水還會(huì)受到引水流量的影響，特別是當(dāng)河流無法充足供水、灌區(qū)水體受限時(shí)，引水閘則無法達(dá)到規(guī)定的引水流量，使得引水在較低的標(biāo)準(zhǔn)下引流，這樣則可能導(dǎo)致河道的嚴(yán)重淤積。而且現(xiàn)階段渠道斷面邊坡系數(shù)一般達(dá)到2.0，參照最理想的輸砂性能系數(shù)來剖析，最理想的邊坡系數(shù)達(dá)到1.0～1.5。所以，邊坡系數(shù)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(qū)渠道多為土體性質(zhì)，去粗糙率達(dá)到0.017～0.019，襯砌渠道則稍微偏低，然而，實(shí)際的渠道設(shè)計(jì)，糙率設(shè)計(jì)也要小于現(xiàn)實(shí)的糙率，導(dǎo)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(guī)規(guī)律，汛期引水泥沙更細(xì)致，有利于泥沙的傳輸，然而，當(dāng)引水含砂量超標(biāo)，則將超出渠道的挾沙性能，從而帶來各個(gè)層面、各個(gè)高度渠道的淤積，大量的實(shí)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(yīng)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(dāng)前工程實(shí)施系統(tǒng)地規(guī)劃、深入剖析，可以根據(jù)拓建、改造等的需要來科學(xué)地調(diào)節(jié)渠網(wǎng)，從而最大程度地拓展渠道的豎向坡，結(jié)合若干個(gè)灌區(qū)的現(xiàn)實(shí)施工經(jīng)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(jīng)驗(yàn)得出：渠道襯砌能夠有效控制糙率，增加水體的流動(dòng)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(guī)整斷面，控制滲漏等多方面的優(yōu)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?yàn)橥馏w渠道的糙率達(dá)到0.02，甚至更高，對應(yīng)的混凝土面則極大地降低了糙率，僅為0.014，同等參數(shù)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(yīng)提高，高達(dá)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(tài)，全面提升渠道的輸水輸砂能力。

4.4 塑造渠道形狀，增強(qiáng)斷面輸砂能力

傳統(tǒng)的灌區(qū)渠道一般將斷面修筑成長方形、梯形等，然而，隨著當(dāng)前防滲技術(shù)的進(jìn)步，可以對渠道斷面形狀進(jìn)行大膽創(chuàng)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(dāng)渠道的水力條件優(yōu)、形成一個(gè)理想的水力斷面時(shí)，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(chuàng)造有利條件，也方便水體匱乏短缺區(qū)域的引水。

4.5 科學(xué)地調(diào)度水砂

灌區(qū)渠道水體傳輸中，必須合理地調(diào)度渠道水體和砂體，而且要盡可能地選擇大規(guī)模集中引水的方式，一次性引水符合設(shè)計(jì)的流量和標(biāo)準(zhǔn)，控制引水時(shí)長，防止出現(xiàn)細(xì)水漫流的現(xiàn)象，而且實(shí)際清淤中也要結(jié)合渠道引水的具體條件、現(xiàn)實(shí)情況，不同干渠的引水能力等來科學(xué)地調(diào)配分水量，也要嘗試新的調(diào)整輪灌組合，從而讓低級(jí)的渠道流量有所保證，確保下一級(jí)渠道能夠達(dá)到理想的流量，特別是當(dāng)洪水爆發(fā)時(shí)期，河流的含沙量較大，內(nèi)部雜物較多時(shí)，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(jié)

灌區(qū)渠道淤積會(huì)對灌區(qū)帶來一定的危害和威脅，影響灌區(qū)的耕地正常使用，影響通航，對此必須加大對灌區(qū)渠道淤積問題的重視力度，采取科學(xué)有效的措施來清淤通航，從而一個(gè)健康、合理的灌區(qū)環(huán)境。