引水渠首排沙技術(shù)在金溝河流域的應(yīng)用探討

孫顯忠

(新疆沙灣縣金溝河流域管理局水利管理中心，新疆 沙灣 832100)

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引水渠首排沙技術(shù)在金溝河流域的應(yīng)用探討

孫顯忠

(新疆沙灣縣金溝河流域管理局水利管理中心，新疆 沙灣 832100)

立足于金溝河流域引水渠首泥沙處理現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，對(duì)引水渠首排沙技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討，提出應(yīng)該實(shí)施防排結(jié)合的泥沙分級(jí)處理措施，并逐步完善配套工程設(shè)施，加強(qiáng)流域水資源管理，降低引水比，協(xié)調(diào)解決引水渠首防洪、排沙及引水之間的矛盾。

引水渠首排沙；防排結(jié)合；引水比

金溝河位于新疆塔城沙灣縣境內(nèi)，河流流經(jīng)山區(qū)、沖洪積平原區(qū)，流歸瑪納斯湖。根據(jù)石河子水文局水情預(yù)報(bào)，2015年金溝河八家戶站平均流量為9.51 m3/s，年徑流量為3.0×108m3，來(lái)水量比歷年偏少2.87%， 比去年偏多14.90%，年徑流量屬平水年份，其中，6月至8月來(lái)水量20 356萬(wàn) m3，比歷年同期來(lái)水量偏少7.5%，比去年同期來(lái)水量偏多28.8%。根據(jù)歷年同期金溝河渠首站與八家戶站大河水量對(duì)比分析，金溝河6～8月間八家戶站至金溝河渠首站水量沿途損耗約在20%～30%，6～8月金溝河渠首站來(lái)水量為16 285萬(wàn) m3。

1 引水渠首排沙技術(shù)

1.1 排沙系統(tǒng)運(yùn)行模式

按照“防排結(jié)合”原則[1]，引水渠首防沙排沙技術(shù)將泥沙立面多層分級(jí)處理方式與平面有效排沙兩套系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，可達(dá)到多引水、少排沙的系統(tǒng)運(yùn)行目的?？紤]到金溝河流域泥沙含量達(dá)等實(shí)際情況，將所有泥沙集中在渠首進(jìn)行一次處理難度很大，如采取多層分級(jí)處理方式則可大大降低處理費(fèi)用。泥沙一般是按照“上稀下濃，上細(xì)下粗”規(guī)律在水流中分布，為此必須在進(jìn)水閘前設(shè)置曲線型式的擋沙坎和攔石柵，防止上游下泄泥沙流入干渠，并使進(jìn)水閘底板與水流表層及排沙閘底板與水流底層均保持一致高程，以達(dá)到較好的分層取水防沙排沙效果[2]。

將流域內(nèi)以推移狀態(tài)運(yùn)動(dòng)的中粒徑卵石以上泥沙通過(guò)在進(jìn)水閘前設(shè)置曲線型式的擋沙坎和攔石柵方式在閘前河床內(nèi)進(jìn)行處理，使其沉積在攔石柵前并進(jìn)行及時(shí)排除，此為泥沙Ⅰ級(jí)處理。如上述攔石柵前所沉積的泥沙未能及時(shí)排除，就會(huì)有一部分泥沙隨著水流經(jīng)過(guò)進(jìn)水閘進(jìn)入引水干渠，所以在引水干渠設(shè)置沉砂池，待含沙水流進(jìn)入后分選沉降，逐漸沉積于沉砂池中，定期對(duì)其進(jìn)行機(jī)械清理或通過(guò)排沙渦將其排入輸沙道，此為泥沙Ⅱ級(jí)處理。沉砂池中沉積的泥沙在清理前會(huì)有部分進(jìn)入引水干渠，在距離原河床不遠(yuǎn)處沉積，在此布設(shè)排沙漏斗或3、4#排沙渦管以便將泥沙排入河道，此為泥沙Ⅲ、Ⅳ級(jí)處理。

渠首泥沙經(jīng)過(guò)上述處理后，已經(jīng)將推移質(zhì)泥沙處理殆盡，剩下的僅為粒徑較小且數(shù)量較少的懸移質(zhì)泥沙，其對(duì)渠道磨損程度大大減輕，已無(wú)造成農(nóng)田沙化的危險(xiǎn)。

1.2 沉砂池深度計(jì)算

根據(jù)金溝河流域引水渠首特性，結(jié)合多年經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)《引水渠首排沙設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)進(jìn)行沉砂池深度計(jì)算，公式如下：

式中：hs為從河床面算起的沉砂池深度(m)；H0為沉砂池處的水深(m)；Ucp為近岸垂線平均流速(m/s)；Uc為泥沙起動(dòng)流速(m/s)；對(duì)于黏性和砂質(zhì)渠底可采用張瑞瑾公式計(jì)算；對(duì)于卵石起動(dòng)流速，可采用長(zhǎng)江科學(xué)院的啟動(dòng)公式計(jì)算；U為行近流速(m/s)；n為與引水渠首在平面上的形狀有關(guān)，取1/4～1/6，此處取1/4；η為水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡夾角α查規(guī)范表采用。當(dāng)折沖角為30°時(shí)，η取1.5，當(dāng)折沖角為45°時(shí)，η取2.0。沉砂池深度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

1.3 排沙系統(tǒng)運(yùn)行方案

實(shí)踐表明，引水渠首排沙系統(tǒng)運(yùn)行管理水平對(duì)排沙效果有直接影響，工作人員根據(jù)金溝河引水渠首不同時(shí)期、不同水量及不同泥沙運(yùn)行情況，結(jié)合排沙技術(shù)與排沙設(shè)施特點(diǎn)，制定并完善各級(jí)排沙設(shè)施操作規(guī)程，不斷探索并總結(jié)出一套科學(xué)合理的系統(tǒng)運(yùn)行模式(表2)，保證了多引水、少排沙系統(tǒng)運(yùn)行目的的實(shí)現(xiàn)，對(duì)減少泥沙入渠，延長(zhǎng)工程壽命并發(fā)揮工程效益起到積極作用。

表1 各斷面沉砂池深度計(jì)算表

表2 “沖沙閘-沉砂池-渦管-漏斗”聯(lián)合排沙模式[3]

表3 金溝河灌區(qū)排沙系統(tǒng)2007～2010年排沙運(yùn)行效果 萬(wàn)t

1.4 排沙系統(tǒng)運(yùn)行效果

金溝河流域引水渠首排沙系統(tǒng)排沙效果顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)34.81萬(wàn) t的年平均排沙量(表3)，使灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水保證率大大提高。根據(jù)2010年5～8月石河子水文局對(duì)金溝河引水渠首所進(jìn)行的排沙實(shí)驗(yàn)及對(duì)入渠泥沙沙洋所做分析表明(表4、表5)，引水渠首總來(lái)沙量為8.978萬(wàn) t，其中推移質(zhì)泥沙占比7.14%，懸移質(zhì)泥沙占比92.86%，排沙漏斗與渦管的排除率均為100%，粒徑在0.25 mm以上且對(duì)水利工程存在危害的泥沙排除率為70.5%，粒徑在0.25 mm以內(nèi)無(wú)危害泥沙排除率為55.9%。

表4 渠首引水干渠懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)成果(2010年5～8月)

表5 渠首引水干渠推移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)成果(2010年5～8月)

2 結(jié)語(yǔ)

金溝河引水渠首引水比較高，是工程正常運(yùn)行的隱患所在，近幾年來(lái)，由于汛期引水比較高，Ⅰ級(jí)排沙設(shè)施主干排沙作用難以順利發(fā)揮，導(dǎo)致大量泥沙在輸沙道尾端堆積，輸沙道擁堵經(jīng)常發(fā)生，排沙設(shè)施長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，磨損嚴(yán)重，隱患較多。實(shí)踐表明，為發(fā)揮引水渠首排沙系統(tǒng)的整體效能，減輕渠道磨損及淤積，協(xié)調(diào)引水、排沙、防洪等矛盾，必須對(duì)泥沙進(jìn)行Ⅰ級(jí)處理為主，Ⅱ、Ⅲ級(jí)處理為輔，Ⅳ級(jí)攔截的分級(jí)處理方式，注重防排結(jié)合，同時(shí)完善配套工程設(shè)施，加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理，降低引水比。

[1]王金魁，李旗進(jìn)，孫顯忠.金溝河引水渠首泥沙處理技術(shù)[J].水利水電技術(shù).2010(9):28-30.

[2]李旗進(jìn)，王金魁，鄧平華.金溝河引水渠渠首排沙系統(tǒng)運(yùn)行管理[J].人民長(zhǎng)江.2009(9):87-89.

[3]逄煥春.新疆瑪納斯河彎道式引水渠首引水防沙技術(shù)研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2013(8):51-52.

2016-11-29

孫顯忠(1974-)，男，山東即墨人，工程師，主要從事水利工程渠首樞紐運(yùn)行管理工作。

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