金沟河渠道泥沙磨损修补效益分析

何文权

（新疆水利厅金沟河流域管理处，新疆 沙湾县 832100）

新疆天山北坡存在着许多以冰川融雪为主要补给水源的中小径流水系，河水自山间融雪汇流后，穿沟越壑从几无植被的山区直流而下，进入山前冲积扇平原区。河流对所经之处一方面带来大量的泥沙沉积，另一方面又继续对河道两侧松散的戈壁体进行冲刷，造成河水中的推、悬移质泥沙含量极高。

以金沟河为例，多年平均径流量3.49×108m3，多年平均输沙总量在70～80万t，平均每方水中就携带有2.3kg泥沙。如此众多的泥沙进入引水渠道后，对沿线渠系建筑物造成十分严重的磨损。

1 金沟河引水渠系建筑概况

金沟河流域管理处所管辖引水渠系主要由渠首引水枢纽、输水渠系组成。

1.1 引水枢纽

金沟河引水枢纽始建于 1960年，为费尔干式引水枢纽，主要建筑物有溢洪堰、非常泄洪闸、引水闸、泄洪闸冲沙闸、曲线沉沙池、束水输沙道、上下游整治段及导流堤组成。其中，泄洪冲沙闸 5孔，单孔宽5m，设计流量220m3/s；引水闸为3孔，单孔宽4m，设计流量45m3/s。

渠首自1962年竣工运行至20世纪80年代初，引水运行情况良好，引水率由原来无坝引水的不足30%提高到60%以上，对整个灌区的发展发挥了重要作用。1980年初以来，由于泥沙淤积，河床逐年抬高，渠首运行出现诸多问题，年引水量急剧下降，严重影响了灌区的农业生产。为此于1988年、1998年、2001年先后进行多次渠首加高改建，形成目前格局。从近十几年来的运行状况看，未能从根本上解决渠首上、下游河道严重淤积的问题。

1.2 输水渠系工程

金沟河输水渠系工程主要包括引水干渠及各分水闸组成。其中，输水渠系全长 37.48km，设计流量25～45m3/s，始建于20世纪60年代，为浆砌石及混凝土防渗形式，分水闸口共 14个，建筑物26座。自1998年以来金沟河灌区实施续建配套与节水改造项目，先后累计投入改造资金近 8000余万元，经多年续配套建设，引水主干渠全部达到了混凝土防渗渠道标准。

2 引水渠系在运行中存在的主要问题

2.1 山区无控制性骨干工程

金沟河上游山区无控制性骨干工程，无法实现对径流的综合调节。一方面，渠首枢纽防洪基本处于被动状态，洪灾旱灾交替发生。金沟河季节性洪水多发生于 7、8月份，属暴雨融雪型洪水，洪峰流量大、急、变化快，破坏力强，据不完全统计，自1990～2003年14年间共有13次洪灾发生，洪水灾害损失达 10.4亿元。另一方面，不能实现蓄丰调平，造成洪水水量白白下泄、引水期无水可引的尴尬局面。

2.2 渠首泥沙淤积严重，枢纽带病运行

金沟河引水枢纽经数次加高后，短期内满足了引水生产需求，但同时又进一步加剧了泥沙淤积程度。2001年最后一次加高以来，金沟河渠首上游河道平均淤高超过 2m，下游河床平均淤高超过 3m。河床抬高后直接对引水生产、防洪渡汛产生严重影响，大量泥沙涌入干渠，渠系建筑磨损严重，闸前过流能力骤减，抵御洪水能力大打折扣。

2.3 泥沙研究滞后，泥沙源头防治任重道远

金沟河流域管理处运行管理费用全部依靠水费支撑，由于农业水费偏低，水费收支入不敷出，没有展开深入的泥沙研究课题，更无力进行泥沙源头的防治，泥沙处理始终停留在入渠泥沙层面，泥沙防治任重道远。

2.4 引水率高，渠系运行压力突出

金沟河引水渠系长年保持引进率在 60%以上，在部分枯水年引进率甚至超过 70%，渠系在引水期长时间使用，不能进行必要的检修。虽每年在春季进行集中渠系检修，但因金沟河灌区种植结构单一、春季抗旱保苗压力大，渠系工程检修后得不到合理的养护就投入使用。

3 引水渠系泥沙处理及磨损修补技术成果

3.1 泥沙综合处理

金沟河引水渠系泥沙综合处理措施主要包括渠首泥沙三级处理体系、河道疏浚、泥沙综合利用等。

3.1.1 渠首泥沙三级处理体系

渠首泥沙三级处理体系，主要包括：闸前泥沙处理、闸后泥沙处理、入渠泥沙处理。其中，闸前泥沙处理主要通过闸前拦石栅、导流挑流设施、泄洪冲沙闸等将大部分推移质泥沙拦阻并冲排至下游河道；闸后泥沙处理，指的是通过闸后曲线沉沙池缓流降速，使进入引水闸的泥沙大部沉积于沉沙池内，再通过机械清淤、冲沙闸及廊道冲排等清除；入渠泥沙处理主要通过设置于引水总干渠前段的涡管、漏斗将进入干渠泥沙大部排出渠道。

3.1.2 河道疏浚

渠首泥沙经三级处理体系后大部沉积于枢纽下游，直接造成下游河床抬高，为此，金沟河流域管理处长期用机械对各排沙口进行疏导，以利于各设施顺利排沙，同时开展河道疏浚工程，对沉积于下游河床的泥沙进行清理。但由于泥沙总量巨大，不能从根本上缓解压力。

3.1.3 泥沙综合利用

金沟河流域管理处在进行渠系泥沙处理同时，积极开展对泥沙的综合利用。一是引入项目，开办沙石料场，变废为宝，实现双羸，经济效益可观。二是积极探索悬移质泥沙处理利用新路。金沟河流域管理处灌溉现状面积达 65.5万亩，不合理、非理性的开发大量破坏了原有植被和土壤结构，导致了土地的盐碱化。利用悬移质粉细颗粒对盐碱土壤进行改良，实现灌溉与改良结合，具有一定经济和社会效益。

3.2 抗磨损修补技术

面对泥沙入渠带来的渠系建筑磨损，做好日常修补，是发挥好工程效益的关键。金沟河流域管理处在多年的维修养护中，在老旧闸墩补强、排沙涡管更新、漏斗抗磨损、渠道修补等方面积极了一些成熟经验。

3.2.1 老旧闸墩补强

金沟河流域管理处渠首引水枢纽经上级部门鉴定为四类闸，始建于20世纪60年代的老闸墩能历经数十年高速泥沙流冲涮，关键在于每年的修补。针对老闸墩混凝土老化、强度不足等问题，主要采取耐磨石英沙浆抹面、高强锰钢铸铁护低、磨损边墙锚筋加固、钢板护面等措施。虽办法简陋，但很有实效。

3.2.2 涡管拆旧更新

金沟河利用在高垫方渠段渠底横设钢涡管（直径60cm左右），上部开截沙槽（宽30cm、长与渠底部宽相当），钢管开槽一端设于渠底，另一端伸出渠外，携沙水流经过时大部推移质泥沙被截入槽中，随水流排出渠道。因涡管是泥沙磨损部位，每年都面临更换的问题。为便于每年更换涡管，尽可能减少拆旧强度，缩短更新时间，将涡管槽位基础设置为混凝土固定结构，涡管与槽位间设缓冲带，即便于拆装时又保证渠道安全。

3.2.3 漏斗抗磨损

漏斗的工作机理是利用螺旋流原理和水沙比重差别，将渠道含沙水流沿切线引入漏斗后，形成螺旋流，泥沙汇于斗底经廊道排出，清水经漏斗上部开口溢入引水渠道。漏斗正常工作时，泥沙对底部出口产生高强度汽蚀和冲磨，破坏性极大，针对这一问题，金管处曾尝试用耐磨橡胶护底，但不久发现橡胶应对泥沙冲磨有一定效果，但其与混凝土结合不牢，在高速螺旋流的冲击下很快就被剥离。目前使用高锰铸铁块对底部进行护衬，效果很好。

3.2.4 渠底磨损修复

金沟河坚持每年投入资金对沿线渠底磨损部位进行混凝土修补，修补时初期采于补丁方式，哪块磨损补哪，在运行中发现，小面积的混凝土块很难与原渠底结合牢固。目前采取整段面混凝土浇筑的方法，每年对磨损最严重的渠段进行修复，渠道运行良好。

4 效益分析

通过对 2008～2011年度金管处渠道维修情况分析，2008～2011年累计投入维修资金425万元，其中直接投入渠道修补资金141万元，共计完成渠道修补混凝土1800m3。以每年汛期减少停水检修2次计算，每次停水检修时长计8h，主汛期平均日引进流量计20m3/s，可计算出2008年至2011年度累计增加引水460.8×104m3，金沟河流域管理处现行水费 0.0597元/m3，直接增加水费收入为27.5万元。以金沟河灌区地面灌毛灌溉定额545m3/亩计算，增加水量可直接灌溉棉田8455亩，以亩产值2800元（亩均产棉350kg，8元/kg）计算，可为灌区增加产值2367.4万元，社会经济效益明显。