试论新疆金沟河泥沙的处理措施

2011-04-14雷正龙

陕西水利 2011年2期

雷正龙

（新疆水利厅金沟河流域管理处新疆沙湾 832100）

1 金沟河概况

1.1 地理位置

金沟河位于新疆塔城地区沙湾县境内，源头发自天山北坡依连哈比尔尕山。河流自南向北，流经山区、冲洪积平原区，流入尾闾玛纳斯湖。金沟河流域大体位于80°03′～85°49′与北纬43°30′～44°33′之间，以出山口红山头断面为界，山区集水面积约为1688km2，流域面积约为2626km2。

1.2 水文特点

金沟河属冰雪融水及降雨混合补给型的山溪性多泥沙河流，干流全长约120km，河床比降在3.3%～0.5%之间，多年平均径流量约为3.49亿m3，其中6月～8月的主汛期约占全年径流量的68.3%。因径流受气温和降水的影响，年际变化平缓，年内分配集中。

1.3 泥沙特点

金沟河属多沙河流，多年平均输沙量约为74.28万t；且年际变化较大，其中最大年输沙量约为216.6万t，最小月平均含沙量每立方米约为15.6kg；多年平均悬移质输沙量约为66.03万t，推移质输沙量约为9.25万t，最大月平均含沙量每立方米约为221kg。泥沙的年内分配较为集中，实测近几年的资料中6月～8月输沙量约占97%，而仅7月份就约占全年的55.5%，冬季输沙量基本为零，来沙量与来水量成正比。

2 金沟河水利工程的概况及其存在的相关问题

2.1 引水枢纽工程

金沟河引水枢纽于1962年投入运行，建于出山口位置，由非常溢流堰、泄洪冲沙闸、进水闸及上下游导流堤组成，侧面引水，正面排沙，是第一代费尔干式人工弯道式引水渠首。泄洪冲沙闸有5孔，单孔宽5.0m，设计流量Q泄=220m3/s；进水闸3孔，单孔宽4.0m，设计流量Q引=45m3/s。在进水闸后有880m长的曲线沉沙池，在曲线沉沙池的末端有6孔排沙廊道，引水总干渠54km。渠首建后初期运行效果尚可，但随着时间的推移与灌溉用水的紧张，上下游河道泥沙开始淤积并日益严重。而由于引水弯道淤积，弯道底部逐渐抬高，过水能力逐渐减弱，使得进入干渠的泥沙增多，引水干渠严重磨损、淤积。泥沙淤积使闸前过水断面骤减，闸孔过流能力减小，闸后泄洪通道不畅，直接危及渠道的安全运行。进入洪水期时，因为农业用水的需求大增，往往造成无水排沙，致使每年有5万m3～10万m3泥沙进入干渠，导致渠道淤积、磨损严重。

2.2 输水渠道工程

金沟河流域内干渠总长299.93km，防渗长度266.39km，防渗率89.7%；支渠总长240.06km，防渗长度217.2km，防渗率90.5%；斗渠总长599.71km，防渗长度424.29km，防渗率70.7%；农渠总长2166.1km，防渗长度258.7km，防渗率11.9%。金沟河引水总干渠多年平均输水量2.0亿m3，控制灌溉面积近60万亩，是下游平原灌区的骨干输水工程。但由于干渠老化冻胀磨损严重，导致输水受到了很大的限制。随着灌区工农业的发展，灌区土地面积逐渐增加，同时灌区种植经济作物单一，造成引水、排沙矛盾日益突出。每年洪水期6月～8月（灌溉高峰期）泥沙入渠，造成垮渠次数多达10多次，每次垮渠水量和抢修渠道直接经济损失十多万元。

2.3 水库工程

金沟河流域内共有5座水库，其中洪沟水库和海子湾水库是拦河水库，其余水库均属于注入式平原水库。而南五宫水库于1962年一期工程竣工后因渗漏严重而遭到废弃，海子湾水库、柳树沟水库、洪沟水库为中型水库，库容依次为 1825万 m3、1325万m3、1910万m3，献礼水库属于小型水库，库容为400万m3。柳树沟水库和海子湾水库主要引蓄金沟河河水与沙湾河泉水服务下游老沙湾灌区，金沟河灌溉区仅靠献礼与洪沟两座水库支撑，洪沟水库淤积库容600万m3，淤损率为31.5%。但随着时间的推移，泥沙入渠造成骨干工程老化，破损严重，输水损失大，而且大量泥沙进入耕地，引起土壤沙化。泥沙进入水库造成库容淤积兴利库容减少，仅洪沟水库淤积库容600万m3。

3 金沟河泥沙处理的相关措施

3.1 相关的水利工程措施

（1）针对金沟河洪枯比大，弯道水流量较小，弯道面过于宽浅，闸前横向环流不明显而使泥沙容易在弯道及闸前淤积的情况，改造了上游整治段，缩窄引水弯道。改造上游喇叭口形整治段为S形弯道，以使洪水可形成稳定的弯道环流。另外，将直线形挡沙坎改建成弧线形，同时改直线形拦石栅为弧线形，与渠首弯道形成兼顾的整体，增加横向环流效果，增强弯道环流强度。以上措施增加了渠道水流的活动空间，起到缓冲的解压效果，减轻洪水来袭时河道所承受的冲击力，降低泥沙在渠道的淤积量与磨损程度。

（2）由于溢流堰存在时有低水上堤，高水翻岸，清水溢出，浑水沉积的现象，故将固定式溢流堰改为自溃坝以提高洪水期排沙效率，堰顶高程与上游河道平均淤积高度相同，堰顶纵坡与河道纵坡一致。并在此基础上适当延长输沙道，根据来水来沙的具体情况协调启用冲沙闸与非常泄洪闸排沙，这样可对泥沙进行分级处理，以减轻单孔输沙道的压力，避免因特大洪水带来的泥沙严重淤积而垮渠的问题；并能将泥沙送往河道下游，既保证了在特大洪水时期的顺利分洪与排沙，也满足了在洪水退散后及时恢复引用水的需要。

（3）金沟河的防沙设施只有渠首一级，而单一的防沙措施对泥沙的处理问题做不到具体流域具体防治，存在许多的局限而影响排沙的力度与效果，因此，建立“费尔干式渠首——排沙涡管——排沙漏斗”的三级防沙排沙集成体系及管理运行模式势在必行。即在闸后与干渠上布设四级涡管排沙设施并进行实践改进，使涡管能处理进入干渠45%左右的推移质泥沙，剩下的部分推移质泥沙与部分悬移质泥沙则由设在下游的排沙漏斗进行处理。此防沙排沙模式能在不同河渠道对泥沙进行有效地分级处理，对金沟河的引水、防洪、排沙等问题都起到了良好的作用，尤其是取得的排沙效果显著。