沿黄灌溉取水工程应用研究进展综述

王 毅

（山西省汾河灌溉管理局 山西祁县 030900）

0 引言

黄河流域独特的地理区位，决定了引黄灌溉在农业生产和经济社会发展中的重要地位。新中国成立后，黄河中上游地区先后建成一大批电力提灌工程，引黄灌溉事业发展迅速。诚然近年来黄河水沙情发生重大变化，含沙量较20世纪60、70年代呈减少趋势，但不可否认的是黄河依然是多泥沙河流，沿黄傍河取水泥沙问题仍是重大技术难题，对引（提）工程成败起决定性作用的关键因素。

1 生产实践方面的研究进展

各地灌区管理者针对沿黄取水灌溉工程建设管理存在的问题开展了大量生产实践工作。山东省簸箕李[1]、小开河[2]等引黄灌区从20世纪80年代开始观测取水量及含沙量，1993年开始观测悬沙级配，为研究灌区泥沙运动规律奠定坚实的基础，同时对灌区沉沙条渠泥沙冲淤特性和机理进行了深入的分析研究，总结出一系列适宜当地的泥沙治理方法。运城浪店水源工程[3]可行性研究阶段曾提出固定泵站、浮船泵站、泵车抽水、水平移动式轨道泵站等取水方案予以比较，最终经过经济、技术论证，通过试验研究，选择浮箱站取水方式，解决了黄河小北干流的游荡性、多泥沙特点河段取水难题。山西省尊村引黄工程[4]1998年一级站水源脱流后，尊村引黄局申请世界银行贷款兴建浮船泵站解决尊村引黄水源问题。2009年该灌区采用“偏侧进水、侧槽溢流”的工程思路，兴建“沉砂池自排沙廊道工程”，工程设计排沙流量0.8～2.4 m3/s，间歇排沙耗水比3%以下，排除粒径大于0.1 mm的特粗泥沙100%（占淤积泥沙的70%），可比原沉沙池（占地65.7 hm2）节约耕地63.3 hm2，利用沉沙池活水养殖、休闲娱乐，节约大量渠道清淤费用。姚洪波等[5]结合黄河统一调度运用模式和工程运行实际情况，对三门峡市槐扒黄河提水工程进水口取水方式进行必要的修正，大幅提高工程供水能力。湖南隆回县水厂项目[6]采用一种新型江底取水工艺的隧道设计，利用河床底部天然滤床的垂向渗流和滤净功能，将地表江河水转化为河床潜流水，再通过在河床下的渗滤系统将地下水收集取出地表。该工艺能通过江底反向钻孔群等工程措施取出地表水，是在天然滤床渗流井取水技术基础上发展的一种新型反向取水技术。

2 科研方面的研究进展

随着引黄灌溉事业的发展，广大科研工作者在理论分析和工程应用方面开展了大量研究。张治晖等[7，8]利用辐射井在黄河下游滩地等地区开发地下水资源进行试验研究，进一步完善傍河松散质含水层辐射井的成井工艺。张鹤等[9]对不同分流比工况下弯道凹岸横向取水口水力特性进行的试验研究，并通过分析比较总结了各种工况下取水断面分水宽度、流速流场分布、紊动强度和紊动动能等特性的变化规律。胡春宏等对引黄取水新模式中引水复式断面的合理性、浮动泵站溯源冲刷及环形条渠泥沙均匀淤积的可能性等方面进行了理论分析，初步论证了引水模式具有一定的合理性（参见中国水利学会2001学术年会论文集）。陈崇希等[10]提出了“渗流-管流耦合模型”，为准确地计算渗流井的出水量提供了理论依据。王玮等[11，12]在分析渗流井特征的基础上，通过引入等效渗透系数，构建渗流井取水的“渗流—管流耦合模型”，建立了渗流井取水的数学模型，提出了渗流井取水计算模型，并在“渗流-管流耦合模型”的基础上，对干旱半干旱地区渗流井取水技术进行了系统研究，成功将渗流井取水技术应用于陕西省吴堡县横沟黄河谷地渗流井采水等多个水源地项目。王允麒等[13]通过对集取河床渗透水大口井集水流网与隔水边界附近取水井集水流网的分析对比，应用渗流理论中的镜象法与势流叠加原理，得出了集取河床渗透水大口井的出水量计算模型，经试验模拟及生产验证，可满足工程实用要求。史红玲等[14]提出引黄灌区泥沙处理和利用的关键技术，阐述了新形势下传统泥沙处理技术存在的问题的基础上，肯定了渠道泥沙长距离输送的灌区泥沙处理发展方向，并例举了渠道不同部位设置提水设施对于引黄灌区泥沙利用、处理和输送等方面的作用和效果。张淑萍[15]结合运城市15处提黄泵站多年运行的经验，总结出采用防、沉、输、淤工程处理泥沙，能有效地减小水泵磨损，提高泵站效率。赵永安[16]对尊村引黄灌区的泥沙提出了“避沙、防沙、沉沙、输沙”的处理对策，在分析泥沙处理标准后，选择了凹地湖泊型沉沙方式，并提出了泥沙运行沉降的管理方案。中国水利水电科学研究院[17]从1980年开始，对辐射井技术进行系统研究，着手研究辐射井在亚黏土、粉土、粉砂、粉细砂、细砂等弱透水层中的成井工艺和应用问题，取得突破性进展，尤其是水平辐射管采用管滤结合的柔性塑料波纹管代替钢管，解决了弱透水性含水层尤其是粉砂、粉细砂含水层成井难的问题，为开发利用弱透水含水层地区地下水资源提供了新的途径。

3 建议与展望

通过对引黄灌区取水工程应用方面的研究文献进行系统分析，可以发现：生产实践环节中，以开展灌溉季节黄河水特征含沙量观测分析为基础，结合各地实际进行取水构筑物的科学选型，并尝试新技术创新实践是当前的主要趋势。科学研究环节中，主要集中在渗流井出水量计算模型校正或主要参数阈值界定、特定水工取水构筑物数值模型或物理模型试验、以及渗流井成井工艺创新等领域。基于以上情况，建议今后在充分了解项目区自然地理、地质地貌和水文地质条件的基础上，对取水工程外部连续性天然河床介质的透水性进行深入研究，结合现有典型取水工程的原型观测，开展工程供水保证率和泥沙淤塞、淤沉规律分析评价，应积极探寻更多满足沿黄傍河取水滤体介质，及其改善渗透性的反冲洗方式，进一步探究具有取水、滤水功能，成本低廉且易于管理的人工构筑物。此外，还应开展引水时段黄河泥沙含量历史规律分析和模型预报。总之，应充分总结已有工程的实践经验，降低机泵设备磨损风险，减少运营成本，全面发挥和提高工程效益，为相关部门宏观管理、科学决策提供重要技术支撑，全面提升提黄工程科学取水水平，提高水资源与综合保障能力，促进水利技术管理水平的进步。