尊村引黄灌区渠道水流挟沙力研究

魏杨　欧阳前超　周霞　张超波

摘要[目的]掌握尊村引黄灌区渠道的冲淤情况。[方法]以尊村引黄灌区二干渠为研究对象，分析了渠道的挟沙力及影响因素。[结果]渠道夏灌时挟沙力要比春灌时大，不同灌溉期观测断面挟沙力的变化趋势基本一致；影响渠道挟沙能力的主要因素有流量、来沙含量等。[结论]该研究结果为解决渠道淤积问题提供了参考。

关键词 尊村引黄灌区；含沙量；流量；挟沙力

中图分类号 S274.5；TV146 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）11-0167-03

水流挟沙力是泥沙研究的重要对象。水流挟沙力是反映河床处于沖淤平衡状态下水流挟带泥沙能力的综合性指标，是设想中的河床冲淤平衡时的含沙量。由于黄河的多沙特性，导致引黄灌溉灌区渠道严重淤积，因此，挟沙能力研究是引黄灌溉工作的重要研究内容，也是影响引黄灌区事业发展的关键因素，国内外关于挟沙能力开展了大量研究。研究引黄灌区渠道挟沙能力可以解决渠道的淤积问题，能为灌区调度运行方式提供技术支撑，对于灌区水沙资源的合理利用、优化灌区水沙调度工作以及尊村引黄灌区可持续发展有一定的指导意义。笔者以尊村引黄灌区二干渠为研究对象，分析了渠道的挟沙力及影响因素，以期为解决渠道淤积问题提供理论依据。

1材料与方法

1.1灌区自然条件 尊村灌区多年平均降水量为540mm，汛期一般为6-9月，降雨集中，且多暴雨及雷阵雨，汛期降水量占全年的60%以上，降水量年际变化较大。年平均气温13℃，灌区有冰凌，一般自12月下旬开始，至次年3月中旬终止。

研究灌区在二干渠东下段，东下站位于临猗县七级镇张家卓行政村正南，东下分干渠渠首接东下站出水池，长31.63km，布置支渠13条。分干渠于1985年建成，设计灌溉面积1.098万hm²，设计流量为5.67m³/s，干渠设计纵坡比为1：4000。

1.2取样设计与计算

1.2.1取样断面位置。在现有的研究条件下，在于渠前段合适的位置从渠首往渠尾方向选取了7个观测断面分别进行标记，取样断面空间位置见图1。渠道断面间距总长为5767m。

1.2.2断面取样点布设。观测渠道是梯形断面渠道，观测期间水深在0.5～1.5m，在各断面布设3条垂线进行泥沙采样，每个断面布设5个取样点（图2）。点1、2、3：在渠道两侧和中间，水面刚淹没取样器时；点4：在渠道轴线上，在渠道半深处且淹没取样器时；点5：在渠道轴线上，取样器刚沉到渠底时。

1.2.3水流挟沙力计算。水流挟沙力是指在一定的水流泥沙条件下，河流处于不冲不淤的平衡状态时，单位水体中所能携带的悬移质中床沙质的数量的平均值，又称为饱和含沙量或者临界含沙量。以2016年4月春灌和8月夏灌实测泥沙资料和室内试验数据计算挟沙力，水流挟沙能力计算公式为：

2结果与分析

2.1挟沙力的沿程变化 由图3可知，二干渠东下段的平均挟沙能力在每次灌溉期间整体上变化不大，春灌和夏灌各个断面的挟沙力变化没有明显的规律，变化趋势大体一致。这主要是因为这2个灌水期渠道内流量都不大且变化范围小，使得2个灌水期观测断面挟沙力变化趋势基本一致。即从断面I到断面Ⅳ、断面V到断面Ⅶ沿程呈递减的趋势，而从断面Ⅳ到断面V挟沙力沿程增大，可能原因是断面V过水断面面积较断面Ⅳ变小（表1），流量变化不大，而导致断面V流速增大，从而导致断面V挟沙力增加。

2.2挟沙力与流量的关系 由图4可知，春灌时挟沙力为O.5kg/m³左右，夏灌时挟沙力为2.0kg/m³左右。二干渠东下段的挟沙力呈增大的趋势，主要是因为在小流量的情况，含沙量变化不大，挟沙力随着流量的增大而增大。

春灌和夏灌时渠道挟沙力随着流量的增大而增大，反之亦然，说明挟沙力和流量呈正相关，表明在其他水力条件变化不大的情况下，流量对挟沙力有较大影响。当渠道流量小于设计流量时渠道易淤积，从而使渠道的断面形态及水力条件改变，使渠道的糙率变大，渠道进一步淤积，渠道的挟沙能力降低。

2.3挟沙力与含沙量的关系 由图5可知，春灌时渠道各个断面的挟沙力均小于悬沙含量，表明渠道处在淤积状态。春灌时流量小，渠道淤积，挟沙能力降低。夏灌时挟沙力大于悬沙含量，表明渠道处在相对平衡状态或冲刷状态。二干渠铺设了混凝土板衬砌，流量不断增大，提高了渠道的挟沙能力，减少了渠道的淤积情况。渠道临界含沙量随着流量的增大而增大，渠道来水含沙量越大，渠道内悬沙含量越大。二干渠在以临界含沙量时的流量运行时，二干渠的挟沙力随着来水含沙量的增大而增大。

3结论

通过在尊村二干渠东下段5767m渠道范围内设立观测面，测定2016年春季和夏季灌水期间相关泥沙数据，运用相关理论分析渠道的挟沙能力，得出如下结论：

（1）不同灌水期各个断面的挟沙力无明显变化规律，但变化趋势大体一致。由于渠道的淤积情况不同，渠道的水力条件不同，挟沙力变化无明显规律。

（2）在一定的流量下，挟沙力随着流量的增大而增大。随着流量的增大，水流能使较细的床沙起动，随着水流运动到渠道的下游，所以渠道的挟沙力增大。

（3）影响渠道挟沙能力的主要因素有流量、来水含沙量等。渠道挟沙能力的影响因素还有很多，分析时应全面考虑，比如渠道断面设计参数、水流速度、与泥沙颗粒级配粗细、渠道床面泥沙淤积情况等。