水洛河生態(tài)治理項目泥沙處理技術探討

張 佳

（甘肅省莊浪縣水務局，甘肅莊浪744699）

1 水洛河生態(tài)治理項目中泥沙處理技術難題

1.1 泥沙處理技術難題

黃河流域是我國含沙量最大的河流，因此泥沙問題是黃河流域治理中存在的最大問題，黃河中含量較大的泥沙嚴重威脅著黃河流域特別是中下游地區(qū)群眾的生命和財產(chǎn)安全。在多泥沙的河流中，泥沙的沉積對河流景觀設施、水庫庫容、水輪機的磨損等會造成巨大的影響。要治理黃河流域，泥沙處理是關系到工程建設成敗的關鍵。莊浪縣水洛河屬黃河流域渭河水系三級支流，該流域屬山區(qū)性河流，水土流失較為嚴重，所以應做好水洛河生態(tài)保護與治理。建設生態(tài)河堤、生態(tài)溝渠和人工濕地就要建設蓄水壩，但是蓄水壩很容易在汛期淤積大量的泥沙，河道清淤工作量多難度大。因此，合理設計沖沙設施，使其發(fā)揮最佳的排沙和行洪作用，對水洛河生態(tài)治理工程建設至關重要。

1.2 渠式?jīng)_沙槽在河道水景觀應用中存在不足之處

黃河流域生態(tài)治理項目人工濕地工程中蓄水壩采用分槽式，即把蓄水壩用隔墻分為蓄水壩和沖沙槽兩部分，大多數(shù)沖沙槽采用渠式結構，相當于一個在出口安裝有閘門的矩形渠道，結構簡單，施工容易，但是去除泥沙效果不好。因為水流從進口流入，從一側流出到蓄水壩，水流在沖沙槽中流速雖然低，但卻是流動的，并不是靜止的，大的沙粒在沖沙槽中會沉淀下來，而細小的沙粒會隨著低速的水流流動到蓄水壩，致使蓄水壩內(nèi)的水不太清澈，影響河道景觀工程的效果。

2 沖沙槽改進方案

為了解決蓄水壩小洪水和非汛期泥沙淤積問題，為壩內(nèi)提供較良好的水質，增加河道內(nèi)的水景觀，修復河道的生態(tài)，工程措施上采取折回式?jīng)_沙槽方式。通常布置在蓄水壩一側，其作用是為蓄水壩起供水作用，具體是為蓄水壩的供水進入蓄水區(qū)前進行沉淀泥沙，兼顧泄洪的作用，能較好地避免泥沙入庫，達到蓄水區(qū)蓄清排渾和防止淤積的目的。

3 折回式?jīng)_沙槽的布置及結構設計研究

3.1 工程布置

本次以莊浪縣北洛河城區(qū)段3 個連續(xù)的擋水壩為例進行設計研究，擋水壩材質全部設計為液壓壩，沖沙槽布置在左岸，槽總長150 m，結構為折回式，沖沙槽里設1 道中隔墻（隔墻寬0.25 m）把沖沙槽分成2 個小槽，即順流槽和逆流槽，2 個小槽平行布置，每座壩相對應的沖沙槽槽尾設置2 個排沙閘，即順流槽排沙閘和逆流槽排沙閘，兩槽尾端是連通的，中隔墻在每個沖沙閘以上2 m 處斷開；逆流槽進口設有1 個排洪閘，順流槽槽底比降較大，為1/50；逆流槽槽底比降較小，為1/100；每道擋水壩對應的逆流槽外壁（靠近上游的部分）設置一個1 m×1 m 的溢流口（擋水壩進水口）。

3.2 結構設計研究

根據(jù)《甘肅省暴雨洪水圖集》里的瞬時單位線法和明渠均勻流計算公式最后確定：沖沙槽總凈寬10.25m，進口高2.0 m，出口高3.5 m，中隔墻寬0.25 m，順流槽槽底比降為1/50，逆流槽槽底比降為1/100，順流槽槽寬6 m，逆流槽寬4 m，逆流槽靠近蓄水壩的一側設置1 個1 m×1 m 的溢流口（見圖1）。

圖1 沖沙槽平面布置

4 折回式?jīng)_沙槽工作原理及泥沙處理的方法

4.1 工作原理

分為汛期和非汛期，下面以連續(xù)3 個擋水壩為例進行說明。

4.1.1 非汛期立壩蓄水運行控制 非汛期期間，當上游來水含沙量較小（≤8 kg/m3）、水質較好時，擋水壩處于立壩狀態(tài)，首先將最下游3#沖沙槽閘門關閉，其他沖沙槽閘門打開，上游導流渠將河道來水直接引入沖沙槽順流槽槽內(nèi)，順坡流向槽尾，水流在沖沙槽內(nèi)邊流邊沉積，經(jīng)沖沙壩攔擋后折轉向逆流槽槽內(nèi)，逆坡向上流，大顆粒泥沙會在第一個槽內(nèi)沉淀下來，小顆粒泥沙由于逆坡向上，根據(jù)水流和泥沙流動的特點，也會基本沉淀下來，沉淀泥沙后的表層清水通過3#壩進水口進入3#擋水壩蓄水區(qū)，蓄水區(qū)蓄滿后，關閉2#沖沙槽沖沙閘，溢流進入2#擋水壩蓄水區(qū)進行蓄水；依次向上游擋水壩蓄水區(qū)全部蓄水。

4.1.2 汛期塌壩泄洪運行控制 在汛期，洪水來臨時，小于10 年一遇時，由導流槽引入沖沙閘第一個槽內(nèi)，提升起槽尾沖沙閘直接由順流槽泄洪；大于10 年一遇而小于50 年一遇時，提升起逆流槽進口段排洪閘和槽內(nèi)所有的沖沙閘，全部洪水從整個沖沙槽內(nèi)下泄，蓄水區(qū)擋水壩原則上不塌壩運行；當上游河道來水超過50 年一遇流量時，所有沖沙槽閘門和擋水壩均塌壩，全河道泄洪；為避免洪峰過后泥沙在蓄水區(qū)淤積，當洪水流量減小至10 年一遇流量以下時，提升起導流壩，使小規(guī)模洪水全部從沖沙槽下泄。洪水過后，當河水變清、含沙量較小時，關閉逆流槽進口和3#沖沙閘門，沖沙槽可以再次進行沉沙，蓄水區(qū)立壩蓄水。

4.2 泥沙處理的方法

洪水期間小于10 年一遇的小流量洪水可以直接從沖沙槽內(nèi)泄洪，大于10 年一遇的高速大流量洪水可以將沖沙槽進、出口端的2 個閘門全部開啟，大于50 年一遇的超大流量洪水可將蓄水壩塌壩泄洪。對于沖刷不凈還仍然沉積的泥沙，開啟沖沙槽進口排洪閘，在進口用水泵抽取河道的來水，用高速水流方法沖到下游。

5 折回式優(yōu)點

一是沖沙槽采用折回式，增加了沖沙槽的長度，從而降低了槽內(nèi)水的流速，進水閘開啟后，水流先由順流槽順坡流進，然后逆坡向上流，這樣水流在極低的流速下由于動水壓力幾乎接近靜水壓力，水中的泥沙在重力作用下將有效地從水中分離出來，與通常用的渠式?jīng)_沙槽相比除沙效果優(yōu)良。

二是小于50 年一遇的洪水，可以開啟沖沙閘，從沖沙槽內(nèi)下泄，大于50 年一遇的超大流量洪水可將蓄水壩塌壩泄洪，這樣設計不但可以減少蓄水壩塌壩次數(shù)，還可以節(jié)約水資源，且不影響行洪。

三是進出口兩端都采用閘門設計，不僅便于排洪控制，而且清理泥沙時由于分槽進行，不會造成槽內(nèi)蓄水全部向下游排放現(xiàn)象，提高了供水效益。