多泥沙河流渠首引水排沙综合处理技术

钱新妮

(新疆金沟河流域管理局，新疆 沙湾县 832100)

新疆地处亚欧大陆的腹地，年降水量区域分布极不均匀，水土流失严重，自然生态环境十分恶劣，多泥沙是新疆河流普遍存在的主要特点。金沟河发源于天山北麓，河水中的泥沙主要来源于河水对上游河床和降水对河道周围山地及汇流区的冲刷，金沟河年产沙量达到86.5万t，是新疆产沙量较高的河流之一，长期以来因灌溉、生产引水引发的渠首上下游河道泥沙淤积、泄洪能力降低等问题不断凸显，对工程安全运行、流域水资源优化配置和河道综合治理带来了影响。开展金沟河渠首引水排沙综合技术实践研究是必要的，对泥沙科学防治具有十分重要的作用。

1 概述

金沟河引水渠首位于金沟河出山口处，为拦河闸坝式，主要建筑物由上下坝、泄洪闸、引水闸组成，其中上坝位于泄洪闸和引水闸之间，将河道分隔成内库和外库，目的是将外库大河来水中的推移质和悬移质泥沙进行初步沉淀后把含少量泥沙的水引入內库，河水在內库进一步沉淀后经引水闸引入使用，以减少泥沙对渠道的磨损。渠首上游为浅山带，两岸为陡峭的山谷，河谷呈U型状布置，渠首以上2km范围内河道宽150～450m，自然坡降为15‰。渠首下游为洪冲击扇平原区，从渠首往下河面不断变宽，泄洪闸后有泄水连接段工程，宽度50～70m，呈喇叭状布置，末端连接河道，河道宽500～1000m，两岸建有防洪堤工程，是金沟河泥沙的主要沉积区域。

2 泥沙沉积原因分析

金沟河年来水量约3.5×108m3，平均年径流量11m3/s，年度水量分布极不均匀，6—8月约占全年水量的70%，该时段也是金沟河泥沙的主要来源。上游河道产生的泥沙沿着山谷往下推移，一方面受渠首工程阻挡和引水影响，水流携沙能力在闸前被削减，速度变缓，大量泥沙在外库河道内淤积，并沿河道水流坡降向上游延伸，抬升河床高度，对河道行洪安全带来不利。一方面受渠首上下游河道地形现状和来水不均的影响，上游河道来沙除一部分在闸前淤积外，另一部分经泄洪闸下泄，受下游河道面宽影响，水流被切割分散，不能形成集中水流，冲沙效果不理想，泥沙不能被冲刷到较远范围。引水和上游来水不均是造成泥沙在渠首上下游淤积的主要原因。

3 泥沙综合处理技术

3.1 监测点位的确定

金沟河引水渠首泄洪闸底板高程为815.00m，其上游河道自然坡降大于15‰，大河来水流速较快，考虑到水流坡降和水闸关闭对泥沙淤积的影响，本次选定渠首上游1km内河道为泥沙监测范围。渠首泄洪闸后消能设施底板高程为809.00m，其下游河道是泥沙的主要淤积区，因河面较宽，水流冲沙的实际效果因水流大小和集中度有密切关系，本次选定泥沙淤积监测范围为渠首泄洪闸以下2km内。点位布设如图1所示。

图1 泥沙淤积监测点位布置图

3.2 引水排沙综合措施

3.2.1小水存沙措施

小水指上游大河来水≤30m3/s的水流，且持续时间较短，一般为0.5h左右。由于来水量较少，水流在渠首上游河道中仅能形成一层较薄的水面，水流可以携带一定的悬疑质泥沙和少量细小颗粒推移质泥沙，水流携沙冲沙流速和动能明显不足，不能对渠首上下游淤积的泥沙产生明显影响。操作运行上，当遇上游河道来水≤30m3/s时，采取关闭泄洪闸，实施水量全部引入灌溉的措施，让水流携带的泥沙沉积在渠首上游外库河道中，运行中密切关注外库河道泥沙淤积高度，视情况必要时停止引水并开启泄洪闸，借助外库中存积的水量进行集中冲沙。

3.2.2中小水边冲边引措施

中小水指30m3/s<上游大河来水≤80m3/s的水流，水流持续时间不长，一般小于1小时。此类型水流在金沟河6—9月份较常见，发生频率较高，有较强的携沙冲沙能力，水流能在渠首上游河谷中形成宽厚的水面，能大量携带沉积在渠首上游河道内的大部分推移质泥沙到下游河道。操作运行上，当遇大河来水大于30m3/s，介于30～50m3/s时，因水流冲沙能力有限，优先进行灌溉引水；当遇大河来水远大于30m3/s时、介于50～80m3/s时，水流具备一定的冲沙能力，在满足引水的需求下，间歇性开启泄洪闸，集中水流进行冲沙，实施边排边引的措施。运行中密切关注外库来水和泥沙淤积情况，当外库泥沙来量大，瞬间淤积较多时，停止引水，集中全部水流进行冲沙。

3.2.3大水集中冲沙措施

大水指上游大河来水大于80m3/s，持续时间超过0.5小时以上的水流。此类型水流近年在金沟河发生频率不高，一般遇持续高温和较大的降水或混合情况条件下较易发生，此类型水流携沙冲沙能力极强，能在上游河道形成较宽厚的水面，能将上游河道沉积的大颗粒泥沙经渠首冲刷到下游较远河道，短时间内能有效降低河床高度。操作运行上，当遇渠首上游河道来水大于80m3/s时，停止引水，关闭引水闸，视来水量依次开启泄洪闸1、2、3孔，全部下泄上游洪水，最大程度降低上游河床泥沙淤积高度和将下游河道泥沙冲刷到较远地点。

3.2.4综合泥沙处理措施

金沟河上游来水存在年度季节性相差较大、不持续不稳定等特点，大河水量不能满足即保证引水需要，又保证泥沙处理的需要，操作上单靠任何一种运行模式都不能解决引水和泥沙处理之间的矛盾，需在不同时间段突出不同重点内容，要综合考虑、统筹协调。操作运行上，在春夏季引水期采用组合技术措施，即视上游来水情况综合采用存沙、边排边引和集中冲沙的运行方式，坚持泥沙处理优先于引水的原则，控制年度取水总量，保证冲沙水量，实现有效冲沙排沙；在秋冬季节以排沙冲沙为主，视水量采用机械疏导的模式实现集中水流冲沙。

4 效果分析

针对金沟河渠首上下游范围内泥沙淤积问题，通过采取不同工况和时间段下综合技术措施的应用及监测点数据的采集，其数据见表1和图2。

表1 不同引水排沙方式监测点数据对比表

图2 不同引水排沙方式监测数据对比图

从监测结果来看，采取存沙模式运行，渠首上游河道内泥沙淤积较明显，淤积长度约为闸前750m的位置，闸前最高淤积厚度达到了2.75m，对工程安全运行和河道行洪带来不利；采用边引边排模式，闸前泥沙淤积相对存沙模式有所减少，但泥沙在前仍有部分淤积，淤积长度约为闸前500m的位置，闸前泥沙淤积厚度达到了1.82m，同时因渠首下泄水流冲沙和携沙能力有限，泥沙不能被冲刷到较远河道，在下游河道2km范围内均有淤积，在600～1000m范围内淤积比较明显，厚度达到1.28m；采用全冲沙模式，其作用效果比较明显，达到了减少泥沙淤积，降低河床高度的目的，渠首上下游河道泥沙淤积高度较原河床均有所降低，其中上游监测范围内河床降低最深达到1.17m，下游受河面较宽影响，监测范围内河床也有不同降低，最高监测点深度达到0.92m，改善上下游泥沙影响范围效果较好。采用泥沙综合处理技术措施，渠首上下游较原河道改变并不明显，上下游河道均有降低和抬高的河段，但数值变化不大，基本保持了与原河床高度一致，泥沙综合处理技术对稳定河床泥沙淤积和保持河道性状变化作用明显。

5 结语

金沟河渠首泥沙处理综合技术是开展金沟河泥沙研究实践和经验总结的成果，通过综合技术的应用，起到了减缓泥沙淤积目的，达到了引水与排沙科学协调和统筹推进的良好效果，为推进流域可持续发展提供了强有力保证，其经验也为新疆多泥沙河流引水与泥沙处理提供了思路遵循，具有较强的现实指导意义。同时因金沟河泥沙淤积存在长期性和复杂性等特点，对泥沙淤积问题的处理每个时段的方法和措施也都不尽相同，需要结合实际继续作深入研究和实践，不断丰富和完善技术方案，最大限度处理好引水和泥沙之间的关系。