西北旱寒区渠系泥沙防控研究——以新疆为例

刘焕芳，宗全利，金 瑾，刘贞姬

(1.石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000；2.青岛农业大学 资源与环境学院，山东 青岛 266109)

1 问题的提出

位于我国西北内陆地区的新疆维吾尔自治区及新疆生产建设兵团(以下简称兵团)，地处亚欧大陆腹地，远离海洋，深居内陆，四周有高山阻隔，海洋气流不易到达，形成明显的温带大陆性气候。新疆夏季气温高，高山冰雪融水丰富，所以新疆河流多为坡陡流急的山溪性河流[1-2]。新疆降水稀少，气候干燥，南疆地区尤为干燥，因此形成了典型灌溉农业的特点。北疆受北冰洋湿润气流的影响，降水量较南疆高。北疆平原区年降水量在150 mm～200 mm，山区一般在300 mm以上。南疆平原区年降水量不足100 mm，东南部多在50 mm以下，最低仅10 mm左右，干燥度在8以上，最高超过40，是全疆最干旱的地方。北疆冬雪占年降水量的30%左右，南疆占10%～15%，所以北疆一般有较稳定的积雪，农作物一般3月—4月份不缺水。

新疆“三山夹二盆”的特殊地形，山脉与盆地相间排列，盆地被高山环抱，东北部是阶梯状的阿尔泰山，南部为高山俊俏的昆仑山，中部横亘着高达雄伟的天山。天山把新疆分为南北两部分，天山以南是南疆，天山以北是北疆，天山东段的哈密、吐鲁番地区又称为东疆。三大山脉的积雪、冰川孕育汇集为500多条河流，分布于天山南北的盆地，其中较大的有塔里木河(中国最大的内陆河)、伊犁河、额尔齐斯河(流入北冰洋)、玛纳斯河、乌伦古河、开都河等20多条。新疆由于高山气温低，雪线以上降水以永久积雪和冰川形式存在，形成天然固体水库，对河川径流起着调蓄和补给作用。山区是径流的形成区，平原和盆地则是径流的转化散失区。大部分中小河流出山口以后，流经山前戈壁砾石带，径流下渗损失大，在沙漠边缘处消失，只有少数水量大的河流能流到沙漠盆地内部积聚成湖。

基于以上具有西北旱寒区多变气候类型和复杂地表特征的新疆独特的气候和地理特点，新疆河流因具有坡陡流急、流程短小，泥沙含量高等特点，且新疆典型的灌溉农业多数都在河流上引水灌溉，洪水期上游洪水携带大量泥沙，在引水工程上大量淤积，致使渠首和干渠泥沙淤积严重；此外，灌溉首部悬移质泥沙处理效果较差，大量泥沙进入田间造成土地沙化。因此，新疆多沙河流泥沙处理问题，尤其是渠首和渠道泥沙的防控问题是主要难题。为此，本文主要目的是结合新疆渠首和渠道泥沙防控的成功经验和失败典型案例，总结现有渠首和渠道泥沙防控技术的研究现状，以期为新疆及国内同类河流的渠首和渠道泥沙处理提供理论依据和技术支撑。

2 新疆河流及泥沙特点

2.1 新疆主要河流

新疆境内有570条大小河流，其中北疆387条，南疆172条，东疆11条。另有山泉272条。全疆河流中，有33条跨国界河流，其中流出国境的河流有12条，从国外流入的河流有15条，界河有6条。其中新疆生产建设兵团在新疆570条大小河流和272条山泉中，参与开发、利用、保护和管理有127条，占22.3%；127条中兵团为主的有67条[3]。具体如图1所示。

图1 新疆及兵团河流数量分布

新疆河流水资源量大于10亿m3的大河流主要有(1)额尔齐斯河，发源于新疆阿尔泰山东段齐格台达板，全长4 248 km；(2)乌伦古河发源于阿尔泰山东部；(3)伊犁河全长1 236.5 km，其中中国境内442 km；(4)玛纳斯河发源于天山中断北坡，全长420 km；(5)塔里木河为中国第一大内陆河，包括了9条水系共144条河流及塔里木河干流，由于流域内人类活动频繁，导致现今与地表水联系的水系只有4条，及阿克苏河、和田河、叶尔羌河和孔雀河。

2.2 新疆河流泥沙特点

由于新疆河流多发源于高山区，受流域内植被覆盖和地质条件等下垫面以及气候干旱程度、暴雨和洪水频次大小影响等，各河流含沙量差异较大[4]。山区是泥沙侵蚀的源地，高山区径流量小并为冰雪融水，产沙量相对较小，中山区和低山区为降水汇流带，致使产沙量不断增加，在出山口达到最大，随后即逐渐减小。南疆河流含沙量普遍较大，多年平均含沙量基本超过2.0 kg/m3；北疆河流含沙量普遍较小，但天山北坡河流泥沙含量较高，如北坡中段的巴音沟河多年平均含沙量为5.67 kg/m3、玛纳斯河2.2 kg/m3、奎屯河0.97 kg/m3、金沟河2.13 kg/m3等，都远高于北疆河流平均含沙量0.69 kg/m3，如表1所示[3,5]。总体来水，新疆大部分河流多为坡陡流急、流程短小的山溪河流，冰川、永久积雪和季节性融水是主要水源，所以大部分河流泥沙含量较高。

表1 新疆部分河流泥沙特征表[3,5]

新疆河流含沙量在地区上分布具有明显的纬度地带性，全疆含沙量自北向南逐渐增大，在纬度上具有非地带性规律；在沿程分布上河流含沙量自上而下逐渐增大，只有在下游泉水溢出带和盆地边缘，含沙量才有减少的趋势。南疆地区的帕米尔山、昆仑山及天山南坡是新疆悬移质泥沙的主要供沙源地，输沙量占新疆主要河流年输沙量的86.3%；阿尔泰山、准格尔西部山区及伊犁河流域和天山北坡诸河年输沙量之和仅占新疆主要河流年输沙量的13.7%，可见南北疆河流输沙量的差异之大。同时，新疆河流输沙量的年内分布极不均匀，夏天大量冰雪融化和局部暴雨洪水携带大量泥沙入河，夏季输沙量高度集中，连续最大的四个月输沙量主要集中在2月—9月，最大四个月输沙量占到年输沙量的99.3%，多年平均为76.2%～99.3%。

2.3 多沙河流泥沙危害及防控要求

山溪性多沙河流，泥沙危害相对更为严重。如作为引水比较高的天山北坡泥沙含量最大的河流之一，金沟河泥沙的危害在新疆乃至全国都十分罕见[6]；泥沙主要造成了渠首段河床上、下游和引渠渠底的淤积抬高，灾害主要体现在推移质泥沙淤积、推移质泥沙对渠道磨损。此外，位于兵团第八师石河子市的第二大河流巴音沟河，多年来泥沙问题也一直是困扰渠首正常运行且久治不愈的顽疾[7]。该河流1957 年建成时为“印度式”渠首，运行后排沙不利，上、下游淤积严重；1958 年改造成“费尔干式”，后又经多次改造，排沙效果仍不理想；1971年在渠首前修建临时性拦沙库，1981年改造为永久性拦沙库，2005年对拦沙库进行应急改造，增大库容，泥沙入渠情况有所好转但至今仍未得到彻底根治[8-9]。

多沙河流的渠首泥沙防控、引水渠道淤积等泥沙问题是引水灌溉中的主要难题[10]。对此，金沟河在1996年—2007年提出了“费尔干式渠首-排沙涡管-排砂漏斗”组成的引水防沙排沙技术集成体系，在一般年份正常引配水可以取得良好的泥沙处理效果，但在汛期来沙量较大情况下，仍然存在弯道断面较宽、携沙能力弱等布置不合理、建筑物混凝土磨损严重、泥沙处理不畅等问题，亟需研究。因此，多沙河流泥沙处理需要不同方式的联合运用。

3 渠系泥沙防控研究现状及展望

3.1 渠首泥沙防控主要措施及效果

3.1.1 无坝渠首防沙措施

目前新疆地区渠首引水方式主要包括无坝引水和有坝引水两种。无坝引水一般针对含沙量较小河流的引水工程，均采用在岸边开挖明渠或隧(涵)洞进行引水，虽然不能控制进流量和进沙量，但工程简单，可以避免引水量过大的问题，因而在一定程度上减弱甚至避免了渠道淤积，在塔里木河中上游、伊犁河以及额尔齐斯河等均有很多的工程实例，是工程中应用最普遍的一种取水方式[11]。但是在多泥沙河流处修建引水工程时，工程中为减少进入到渠道的泥沙，一般需在渠首处设置引渠，利用进水闸前断面较大的引渠将泥沙沉积，并采取后期水力冲淤或机械挖除的方法进行清淤[12]。同时，为了提高渠道引水工程的引水比，多数学者结合大量实践经验认为，在取水口前修建不拦断河流的导流坎或导流坝进行水位的壅高，通过设置并按正面取水、侧面排沙的原则布置进水闸及冲沙闸，可以起到很好的冲沙排沙效果。

无坝渠首主要通过确定引水口位置、引水角度、引水闸底高程、分流比、引水防沙设施等措施来减少泥沙淤积，以确保引水工程的正常运用。渠首位置应选择在河床多年稳定主流靠岸地段，尽量选择在弯道凹岸环流最强地段，取水口应尽量避开泥沙补给区；进水闸喇叭口上、下游与岸边连接应平滑顺直，不要突出挑流，进水闸也不要建在窝凹内；无坝引水口涵闸的引水角即涵闸中心线与河流主流交角应尽量减小，引水角越小、水流越平顺，进渠泥沙越少，引水角一般取30°～45°最好；在枯、洪水位变化较大的多沙河流上，可采取高水位引水沉沙、低水位直接引水的高低引水渠结构形式来达到防沙的目的[13]。王勤香[14]对引水口位置选择进行了研究，得出采用杜立涅夫提出的引水口距弯道起点距离公式来确定弯道无坝引水口位置有利于防沙；王海丽等[15]提出在实际工程中最好是通过现场观测选择弯道凹岸中水深最大、流速最大、弯道横比降最大的断面设置引水口，应尽量避开河势不稳、对引水不利的河段。

无坝渠首引水口底板高程根据设计流量及床沙颗粒粗细而定，对于沙质河床底板高程应比河床平均高程高1.5 m～2.0 m；对于砂卵石河床底板高程应比河床平均高程高1.0 m～1.5 m。卞俊威等[16]提出应选择河道常见的中低水位的引水角作为引水口的设计引水角，该角度一般在30°～45°为宜，能较好地符合正面引水侧面排沙的原则；皇甫泽华等[17]为适应河道游荡多变和河底逐年抬高的特点，提出设置活动的防沙工程——不倒式拦沙浅堰，拦沙堰可根据水位涨落的变化调节其高度以保证任何情况都能引取表层水流；卞玉山等[18]针对黄河下游山东引黄灌区清淤难、渠首沙化等难题，提出适合黄河特点的新型渠首橡胶坝引水防沙工程；张建民等[19]提出悬板分层式引水枢纽，挟沙水流经上游整治段到达水平悬板前缘时被水平悬板分割成上下两层上层清水被引入进水闸下层含沙量较大的浑水经板下廊道输送至泄洪冲沙闸后的下游河道从而达到“引清排浑”的引水防沙效果，较好地解决了引水和防沙的矛盾。

此外，拦河闸式渠首应用也越来越广泛。新疆巴音沟河渠首由拦河闸(库)、东闸及引水闸组成，渠首引水排沙主要存在弯道设计流量偏大、泥沙入渠等问题。骆震[20]提出采用调沙库和拦河闸组合的复合式渠首布置，有一定的调沙库容同时束窄河床，闸前布置成喇叭口使在闸前形成一定范围的冲沙区域；马红刚[21-22]提出河道来水较大的时候完全开库并定期长时间排沙，带走前期蓄积在拦沙库和人工弯道的泥沙；大河来水较小引水较多时，可利用人工弯道和干渠的断面来蓄沙，最后再机械清除人工弯道和干渠断面内的泥沙等运行措施；李艳丽等[23]对三义寨引黄闸闸前泥沙淤积提出：在黄河滩区建设引黄沉沙供清工程，将泥沙分级、分层进行沉淀以及引渠口设立鱼嘴或拦沙堰阻沙分沙等措施。

大凌河综合治理工程采用叠梁闸分层取水方案以减少引入水流含沙量，通过减小掺混区紊动扩散面积，取消大喇叭口，缩小口门宽度，使主副流交换泥沙入渠量降低，达到减少闸前段回流区减淤目的[24]。关于拦河闸式渠首长时间运行闸下存在淤积情况，欧阳丽等[25]提出调度措施、干流河道扩排与堤防建设、加大平原排涝规模、人工清淤等措施。王普庆等[26]对比了阿拉尔拦河闸3种清淤方案，经过适应性计算分析，综合清淤位置、淤区选择、河道水流情况、设备造价、清淤量、排距等参数情况，推荐泵吸式作为清淤机具设备。戚印鑫等[27]对塔尔郎渠首进行水工模型试验研究，对引水闸进口底板及平面结构进行了调整，将引水闸上游左侧的导流墙进行了改造;并将引水闸底板高程抬高了1.5 m，并在引水闸底板前缘增设1.0 m高的挡沙坎后，渠首工程引水防沙满足设计要求。为了减少泄洪排沙闸及泄洪槽的淤积，提升引水质量，提出了各种工况下的闸前壅水运行调度方案。

3.1.2 有坝渠首防沙措施

有坝取水一般应用于渠首流量能保证引水量要求且河道水位低于设计引水位的河流，其次当引水水位能满足要求时，为保证较大的引水比、减少入渠泥沙、缩短干渠长度、雍高上游水位改善航运条件、形成上下游水头差以利发电或冲沙等，也可采用有坝取水[28]。有坝取水枢纽通常由壅水坝(或拦河坝)、进水闸、冲沙闸等壅水、取水以及防沙设施组成。拦河坝上游由于水位抬高，流速减小，挟沙能力降低，泥沙将不断淤积而使河床逐渐增高。当坝下游淤平后，大量泥沙进入到下游而发生淤积，影响冲沙闸或拦河坝的冲沙和泄洪能力。进行设计时，需预先估计到此变化，为防止较大颗粒的泥沙入渠，需采取相应的工程措施。

有坝渠首主要为人工弯道式、闸坝式、底拦栅式等，早期低坝引水枢纽多为印度式，该式进水闸与河流垂直相交，冲沙闸与水流一致，形成“侧向引水，正向排沙”，使水沙运动不利于取水排沙，致使进水闸大量进沙，淤积严重，近些年，众多学者提出许多整治措施，对渠首泥沙防治问题也取得了一些效果。

新疆玛纳斯河渠首采用弯道式渠首，刘旭东将纵向比降的设计结合弯道设计流量、输沙率、断面形态关系和水流运动，统一作了考虑，提出了上游人工弯道和冲沙闸下游排沙道比降计算方法，再用弯道水流的横向比降和纵向比降之比，作为环流强度的判数，使之大于1，弯道排沙运用条件较好；郝瑞[29-30]探索出了适合于玛纳斯河渠首推移质泥沙的控制方法，即利用闸前弯道水面比降与流速、流速与输沙率、分水比与分沙比的关系制定相应控制程序，并对渠首推移质运动的各项参数的相关关系进行了研究，并率定了部分公式。此外，为了更好的加强横向环流作用，玛纳斯河渠首在进水闸前修建了曲线形挡沙坎，阻挡砂石进入进水闸内，并可以提高横向环流效果，通过冲沙闸把泥沙充分排掉[31]。

新疆金沟河渠首采用在渠首闸前用铅丝笼坝对弯道凸岸进行束窄整治，抬高进水闸闸底板高程，在总干渠上增加涡管排沙，在涡管后300 m处又修建了排沙漏斗，疏通排沙廊道对泥沙实施输移远送启动非常泄洪闸实现泥沙的分级处理等措施，解决了困扰金沟河近20年的泥沙问题，取得了非常好的效果[32-34]；孙显忠等[35]对金沟河枢纽泥沙问题，提出在渠首上游修建拦砂坝等控制性工程，以及采用涡管、排沙漏斗等节水排沙设施多级排沙、多级回收的运行方式；孙丽[36]提出缩窄引水弯道，改造上游河段，健全防沙体系，实现分级治理，增强排沙效率等措施；金沟河渠首在进水闸和冲砂闸前设导水墙兼导沙坎，以将泥沙导至远离进水闸口，便于冲砂闸冲沙[37]；钱新妮[38]提出小水存沙，中小水边冲边引，大水集中冲沙措施。新疆的恰哈河渠首采用出现频率高的造床流量及人工弯道和冲沙槽式相结合的形式，利用上游曲线整治段的横向环流作用使来水中的沙石移向凸岸，再利用直线性冲沙槽束水冲沙，从而达到引清排沙的效果[39]；新疆盖孜河塔什米里克弯道式引水枢纽，改建后的枢纽仍然存在闸前淤积、弯道磨损和淤积等问题，徐乐通过模型试验提出“间歇冲沙”的闸门优化运行调度方式等措施[40]。三屯河西干渠首改造时，采取弯道进口、弯道末端设置冲沙闸和挡沙坎的两级防沙排沙布置。在原人工弯道上游泄洪闸的基础上增加了2孔冲沙闸，并在弯道进口设置了1.5 m高的曲线形挡沙坎形成临时蓄沙库，通过上游冲沙闸利用常遇洪水冲走近70%的泥沙，保证了进口“门前清”，进一步降低泥沙引入弯道[41]。

伊犁喀什河渠首利用该处天然河弯的有利地形将右支改建利用作引水道，上游河弯末端左岸有基岩岸坡并延伸至河槽，可将主流由凸岸挑至河心，且下接一直线过渡段，可使主流逐渐转向凸岸，同时，在引水弯道首端左侧有约 35 m长的岩墙，其突出部分又再一次将水流适当挑向该引水弯道凹岸，更进一步加强了环流，经过多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[42]。

近年来，底拦栅式渠首应用在诸多地区，也取到了很好的效果。底拦栅式渠首所引水量通过金属栏栅防止粒径大于栅隙的泥沙进入廊道，但小于栅隙的泥沙仍会进入廊道和渠道，对此宁建忠提出在干渠上设沉沙池，以及涡管螺旋流排沙和漏斗式沉池三种工程措施[43]；阿尔恰特渠首采用了丁字形布置的改进型底栏栅渠首，有效增加了引水量，栏栅上铺设废旧轮胎起到缓冲作用，有效地解决了陡纵坡小河流引水冲沙的问题[44]。西黑沟渠首采用底栏栅与弯道结合方案，进入弯道的泥沙通过弯道水流将河流中的水和泥沙分离，最后少量的泥沙通过底栏栅廊道引入渠道，能更有效解决山溪性河流严重淤积取水建筑物的问题，以及泥沙大量进入引水渠和渠首建筑物泥沙淤堵问题，具有非常好的引水排沙效果[45]。甘肃酒泉地区渠首同样采用底栏栅式与弯道式结合的布置型式，人工弯道保证正面引水，侧面排沙，经多年使用证明，其具有排沙效率高，进栅水流中含沙量较小优点[46]。三工河采用底栏栅枢纽方式经过1年的运行解决了泥沙淤积、引水困难等一系列问题，与以往的渠首设计形式相比得了好的效果[47]。

3.2 渠道泥沙防控主要措施及效果

新疆地区引水河流绝大多数为多泥沙河流，仅在渠首处设置防沙和排沙措施并不能彻底解决泥沙淤积问题，因此需要在渠道采取防沙和排沙措施。目前新疆地区主要采用的方式有沉沙池、涡管排沙、排沙漏斗、灌溉首部的微灌用沉沙池等。众多学者结合对渠道泥沙迁移、淤积以及挟沙力进行分析和计算，同时根据实际工程中排除泥沙粒径的要求通过增加沉沙池的长度和溢流堰的长度的方式对其进行改造，大大增加了其运行效果[48-52]。

吴争兵[53]对引黄灌区渠道，减少过水断面面积，加大渠道水流速度、优化渠道断面结构，增强渠道挟沙能力、适地设置提水泵站，加大渠道水面比降、适地修建排沙闸，分散处理泥沙等措施。田原[54]提出对取水口进行顺直护坡处理，并将取水口的高程降低0.5 m～0.8 m，这种方式可有效减少取水口的泥沙沉降量，从而减少随引水水流进入明渠的泥沙量，可以适当控制明渠的坡度，进行冲淤平衡，减少明渠的淤积量。

涡管排沙式沉沙池结合悬移质泥沙在沉沙池中分选沉降的特性，利用沉沙池中的涡管结构将泥沙杂质分组排除，同时可以实现在排沙过程中连续供水的目的[55]。结合原型观测资料及工程应用表明，涡管排沙式沉沙池的运行效果是良好的，可以达到排沙的设计要求[56]。由于涡管排沙式沉沙池建筑构造及施工都不复杂，投资少， 省水， 能连续供水， 运行管理也方便可靠。张开泉、刘焕芳等[57-64]针对涡管排沙技术的理论和在引水渠道上的应用进行了大量的研究，总结出了渠道上应用涡管排沙技术的成功经验；何训江[65]和俞健[66]分别依据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求，提出了排沙涡管技术指标的确定方法，计算并分析了排沙涡管的排沙效果；乔俊恩等[67]通过总结涡管排沙技术在山西云中河灌区干渠的应用情况，得到对于底沙运动较多，以粗沙为主淤积的渠道，采用涡管排沙效果会更显著。

新疆河流推移质泥沙含量大，加之渠首引水比很高(一般70%以上，高者达100%)，因此引水同时部分推移质会进入引水渠，对该部分泥沙处理普遍采用的是修建曲线沉沙池，但存在排沙能力低、排沙耗水量大等问题[68-69]。为此，一款新型防沙装置——排沙漏斗被提出，并在实践种取得了很好的效果。排沙漏斗是一种利用立轴旋涡实现水沙分离的二级排沙设施，在排沙漏斗中，含沙水流被切向引入底部中心设有排沙底孔的漏斗室做旋流运动，在各种涡流和重力的作用下泥沙被输送至排沙底孔而排出，经过排沙后的水流则从漏斗室外围溢出再进入引水渠道以资利用[70]。

新疆农业大学周著等研究的的排沙漏斗技术在新疆、四川、湖南、陕西等省区的泥沙治理工程中进行了成功应用，模型试验和原型观测证明了排沙漏斗具有冲砂耗水量小、冲砂稳定、设计简单和易于管理的特点[71-73]；李琳等[74-76]通过量纲分析和数值分析方法，提出了排沙漏斗结构尺寸确定方法及截沙率计算公式，对漏斗结构进行了优化研究；肖柏青等[77-78]对排沙漏斗的水流结构、悬移质泥沙运动进行了模拟分析。

微灌用新型沉沙池是为了直接利用地表水资源作为微灌系统灌溉水源而提出的一种新型的泥沙处理技术。它与现行的微灌系统水沙处理设备配套使用，专门用于微灌系统，主要对悬移质泥沙进行处理[79-80]。新疆地区的应用实践表明，在工程实际中设计直线、曲线或者其他形式的沉沙池时，往往通过对渠道泥沙迁移、淤积以及挟沙力进行分析和计算，结合灌溉首部沉沙池过水断面突然扩大的特点，可以显著降低流速，大大减小水流挟沙力，进而改变了原有的水流泥沙运动状态，形成水深大、流速小、挟沙力小、进口含沙量相对较大、挟沙水流一般处于超饱和运行状态的水流形式而将泥沙颗粒沉降在沉沙池的底部，起到了泥沙防控的作用[81-83]。对此，华根福等[84]通过对传统沉沙池改进，设计出一种新型的微灌沉沙池；结合设计的新型微灌沉沙池进行了大量的理论分析、物理模型和数值模拟研究[85-88]；通过在新疆兵团222团及石河子市150团等节水灌溉首部进行应用和原型观测得到：新型微灌沉沙池与传统沉沙池相比，不仅能提高泥沙在池内的沉淀效率，而且从经济角度出发，微灌沉沙池也占有优势。微灌沉沙池虽然增设了整流墙和溢流槽，但是微灌沉沙池与传统沉沙池相比较，可以减小工程规模25%左右，建设费用大大降低。而且，微灌沉沙池对泥沙更好的沉降效果，能有效的降低后续配套过滤设施的消耗，从整体上降低整套过滤设施的造价[89-91]。此外，戚印鑫[92]对重力沉沙过滤池与条形沉沙池沉沙效果做了对比研究，重力沉沙过滤池比条形沉沙池的沉沙率提高 6%以上。

刘欣等[93]基于力学、机械与电学原理设计了一新型沉沙取水系统。该系统利用简易力学构件便实现了机械传动、水力取水的目的，降低了取水口选址对河道水沙条件的要求，避免了取水口修建对岸体原始结构完整性与稳定性的破坏；通过双螺旋渠道中部渠壁的相互共用，减小了沉沙池的修建成本，且使其占地集中，便于布置；根据双螺旋几何特点、弯道水流运动特性和泥沙沉降规律，利用螺旋流消能沉沙，提高了沉沙效率。

此外，为解决头屯河流域泥沙淤积问题，在头屯河水库上游修建水力筛网多重分沙装置，该装置的修建，减少了下游河道泥沙含量，对减少头屯河水库泥沙淤积，有效地将水流中的泥沙分离出来，排沙率高达90%以上，提高了水利设施的运行年限[94]。

4 结语与展望

实际工程经验表明，渠首和渠道引水泥沙的处理，很难用一种单一的方式能够成功解决。针对新疆等西北地区的多沙河流泥沙处理需要多种泥沙处理方式的联合运用。虽然修建水库可以有效减少泥沙入渠，如已经运行的新疆玛纳斯河流域肯斯瓦特水利枢纽工程等，但水库运行后的淤积及排沙优化、渠首防沙排沙、引水渠道淤积等泥沙问题仍是引水灌溉面临的主要难题。对此，新疆金沟河、巴音沟河、古尔图河等河流上应用的 “费尔干或印度式渠首-排沙涡管-排砂漏斗”组成的防沙排沙技术集成体系，在一般年份正常引配水可以取得良好泥沙处理效果，但在汛期来沙量较大情况下，仍然存在弯道断面较宽、携砂能力弱等布置不合理、建筑物混凝土磨损严重、泥沙处理不畅等问题。因此，多泥沙环境下渠系泥沙分选沉积关键技术仍需要攻关，引水渠首防沙排沙技术优化设计方法还需要进一步研究。

以灌溉首部出水水质达标为泥沙处理目标，基于泥沙分级处理的原则，根据河流泥沙运动流程，分别从上游、中游和下游等部位精确把握泥沙逐级分选沉积的关键技术。既能体现河流泥沙的分级处理技术和多种泥沙处理方式的联合运用，也要反映出各级处理关键技术的联合运行模式。