浅谈新疆多泥沙急流排沙系统运行管理

周立胜

【摘要】新疆是一个小型水电站较多的省份，山区河流中多伴有悬移质、推移质、沉积物和漂浮物下泄，在多泥沙河流上修建水电站需要考虑多方面的因素，尤其要根据水文、泥沙、地质条件因地制宜，本文通过总结新疆多处多泥沙急流上的水工建筑物设计、施工以及多年渠道运行管理经验，认为多泥沙急流的渠首适宜采用弯道式，利用弯道水流特性处理泥沙效果较好；渠道的衬砌形式宜采用C20细粒硅砌卵石，这样既可以增加渠道糙率、降低流速，又可以达到抗磨蚀效果。

【关键词】多泥沙河流；渠首；渠道；排沙系统

引言

新疆河流绝大部分是多沙河流，河流洪水历时短、流速大，水流中带有大量的卵石、砾石和粗沙，常使引水工程闸门堵塞、渠道淤积或工程毁坏。引水工程的防沙、排沙，是一项长期且量大任务艰巨的工作，在排沙工程建设中，要做到合理引水排沙，渠首、渠道的布置形式的选用至关重要。

1、渠首设计中应注意的问题

新疆河流多为山溪性多泥沙内陆河，河道流程短，水量小，推移质泥沙含量高，解决好引水排沙问题，是引水工程关键。1956年苏联专家将弯道式引水渠首引入新疆，这种布置形式主要是利用弯道水流产生横向环流的原理进行正面引水和侧面排沙。先后在乌鲁木齐河、八音沟河、玛纳斯河、三屯河等处修建了弯道式引水渠首，而这些渠首普遍存在引水和泥沙淤积间的矛盾。通过不断总结运行经验，1967年建成伊犁喀什河引水渠首，运行41年，实测进水闸不进推移质，引水防沙效果良好，是创新的第三代弯道渠首。

1.1 上游整治工程及导流堤超高与布置。上游导流堤为弯道式引水渠首的重要组成部分，对于平顺地导引河水归槽形成良好水流流态具有重要作用。上游整治段导流堤的长度、角度，应依天然河床宽度及稳定程度而定。由于山溪性河流洪水由暴雨、融雪组成，洪水暴涨暴落，历时较短，河流洪峰到来前，对引水道的冲刷能力较弱，有的工程在来不及将淤砂冲走时，洪峰陡涨就可能造成漫堤。因此，在这些渠首的设计上要预计渠首泄洪通道在洪水前的淤积情况，适当加大超高。

1.2 弯道整治段设计。弯道整治段的设计，主要应考虑弯道设计流量，长度稳定宽度、曲率半径、纵坡、弯道流速及与进水闸、冲沙闸的平面衔接等因素，原则上是在每年洪水期都能形成稳定强烈的横向环流。弯道设计流量较理想的情况是2-3倍的进水闸设计流量，每年出现的时间有20-30天，如果洪水季节河道正常流量较大时，可通过泄洪闸泄洪排沙，若弯道按2倍设计流量在7-8月份洪水季节出现天然较少，而进水闸设计流量又不能减少时，可按每年洪水季节都能发生一定时间（大于10天）的流量作为弯道设计流量，纵坡、流速底宽之间需统一考虑，要使弯道设计流速达到泥沙起动流速。

1.3 下游河道排沙退水整治段。下游退水河道的整治目的是保证引水枢纽的下游与河道平缓衔接，防止水流在下游河床出现乱流；防止由于冲沙时引起对下游河岸的冲刷；在下游整治段内应形成较大的输沙能力，以便将推移质泥沙输送到下游河道较远的地方。根据枢纽的平面布置和当地条件，下游排沙退水整治段应尽可能设计成直线，在冲沙闸下游修建新导流堤，缩窄下游退水河道，使它具有闸后冲沙槽的功能，这样不仅可以用少量的水把泥沙输送较远，而且还可以扩大闸前的冲刷范围。中心导流堤采用逐渐延伸的方法，达到既能输水攻沙，又能防止冲刷的目的。

2、渠道设计施工中应注意的问题

渠道设计就是要在满足灌区灌溉的设计条件下，充分利用渠道水源条件，合理选用渠道比降，使渠道在同等条件下既能发挥巨大的输水能力，又不使渠道发生淤积和冲刷滑坡。泥沙在随水流动过程中不断地上浮下沉，不断地有细颗粒泥沙悬浮起来，也有粗粒泥沙沉积下去，悬移质泥沙与河床质泥沙不断地发生交换，使渠床发生淤积和冲刷。水流挟沙能力就是在一定的水流条件下与渠床组成条件的相互关系中，悬沙中属床沙质部分的饱和含沙量。当水流中悬移质含沙量超过挟沙能力时就會发生泥沙淤积。因此，合理确定水流挟沙能力是避免渠道淤积的关键所在。

新疆地处内陆干旱地区，降水稀少，蒸发强烈，植被覆盖度低，境内河流泥沙含量较大。引水枢纽一般位于出山口处，其引水渠道纵坡较陡，流速大，再加之推移质泥沙的磨蚀作用，因此，渠道衬砌设计较为重要，它是保证渠道正常运行的关键所在。经过多年摸索，在多泥沙急流渠道的底部采用C20细粒硅砌卵石是较好的衬砌形式。它不等同于普通的浆砌石，而是采用铺“浆”砌筑法，铺“浆”厚度为30cm，卵石与卵石间缝宽控制在30mm左右，分层挂线砌筑。C20现浇硅砌卵石施工时，先浇筑5cm找平层，再浇筑25cm厚的现浇硅砌卵石层。C20现浇硅砌卵石施工采用小型插入式振捣器振捣密实，卵石按浆砌石要求露出平面5cm，以增加糙率。这种衬砌结构的优点是：（1）安全性高。30cm厚的C20现浇硅砌卵石可以有效地降低渠道流速，且其抗磨蚀能力优于普通浆砌石。（2）施工质量好控制。同普通浆砌石相比，采用铺“浆”法施工的现浇硅砌卵石施工质量容易控制。

3、排沙措施

含沙量高是新疆河流的普遍特性，为抽提水进行利用增加了难度，必须要给予解决。

3.1 采取多种措施，加强抗冻能力，防止低温对排沙的影响。低温是影响引水安全的重要因素，所以在拦沙、导沙、排沙设施施工建设中，要充分利用各种先进技术，注意工程的防冻和抗冻能力的提高。一是要提高硅的抗冻、抗磨标号；二是优化设置排沙设施，使排沙、拦沙、导沙设施均处于水下一定深度，以减轻冰冻影响；三是在冬春季节引水中，要保持设施其中的水流间歇排沙和流动，防止冰冻对排沙的影响；四是始终使下泄水流通过排沙闸，既达到排沙的目的，而且尽可能将淤泥向下游输送得最远。同时，对进口后的沉砂池也要增加保温措施，以方便冬春季节的清淤引水。

3.2 实施灌区水沙优化调度。合理利用水资源，采取节水灌溉措施，有计划地调配水量、优化水沙过程，在满足灌区用水需要的前提下，尽量在大流量、小含沙量的条件下进行引水引沙，以减轻渠道淤积。先沉沙、后退水入河，减小灌区退水退沙量，以减少排水河道的泥沙淤积等。改造渠道、提高输沙能力。渠道淤积是输沙能力不足造成的，通过衬砌渠道、减小渠道糙率、加大渠道比降与优化断面形态等，可提高渠道输沙能力，达到减轻渠道淤积的目的。

3.3 实施灌区泥沙资源的优化配置。随着灌区内供需用水矛盾的不断增加，农作物科学种植结构得不到有效实施，在作物需水期用水矛盾更加显著。一些部门根据自身需要，随意在干渠上修建闸门控制，提高干渠水位，保证区间作物的正常灌溉，这样便减小了渠段的水流速度，使渠段内泥沙（特别是末梢段）处于停留悬浮状态，久之，便沉积在渠段中，不但影响了下游渠段的过水能力，并且还影响上游的水流速度，使渠段内发生不同程度的淤积。这种恶性循环势必造成整个渠系的泥沙淤积，是水管部门今后需要考虑的主要防淤问题。科学调度、分段供水是减少渠道泥沙淤积的又一措施。这样，不但能满足斗渠正常情况下的有效引水量，而且还能集中区域灌溉，增加保持土壤水分的有效时间，减小渠系泥沙淤积量。

4、结语

清淤泥沙通过一定的转化处理，可以由“害”变成资源加以利用。通过平整改良土地、灌区渠首高地建设，将引黄泥沙用于建造高标准沙质人工高地，变为高产的良田；把堆积的泥沙转化为建筑材料，如烧制成砂砖或做混凝土砂料，既解决泥沙堆放问题，又可创造可观的经济收益。

参考文献：

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