扬水灌区渠道泥沙冲淤时空分布特性及临界条件

李超，于健，李伟帅，李全

▪灌溉水源与输配水系统▪

扬水灌区渠道泥沙冲淤时空分布特性及临界条件

李超1，于健2*，李伟帅2，李全4

（1.内蒙古农业大学，呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区水利科学研究院，呼和浩特 010051；3.内蒙古自治区镫口扬水灌区管理局，内蒙古 包头 014040）

【】探究镫口扬水灌区总干渠泥沙淤积特性、影响因素及冲淤平衡的渠道边界和临界水力条件。对2010—2012年各灌水期总干渠不同监测断面进行水力特性测试，分析泥沙颗粒级配、含沙量、泥沙来源、渠道冲淤时空特征。计算不同流量下各监测断面的水流挟沙力，对比现状渠道和渠道整治后水流挟沙力与实测含沙量大小关系。①造成总干渠淤积的泥沙主要为粒径大于75 μm的推移质泥沙，泥沙来源包括水中悬移泥沙和停泵后淤积在取水口周围泥沙。②泥沙淤积主要发生在总干渠上游泵站出水口-东富桥断面之间，各灌水期中夏灌二水淤积最严重。③现状渠道在流量小于30 m3/s时水流挟沙力明显小于含沙量，导致总干渠整体处于淤积状态。④增大渠道底坡坡降至1/7 000，结合渠道整治与衬砌，可以显著提高水流挟沙力，总干渠多年平均含沙量下不淤临界流量为24 m3/s。渠道冲淤平衡的临界流量条件为24 m3/s，灌区可根据冲淤平衡矩阵来指导渠道的防淤管理。

灌区；泥沙；冲淤；挟沙力；临界流量

0 引言

【研究意义】全国引黄灌区灌溉面积达733万hm2，占全国灌溉面积的13.8%[1]。内蒙古引黄灌区西起乌兰布和沙漠东缘，东至呼和浩特市东郊，北界狼山、乌拉山、大青山，南倚鄂尔多斯台地，总灌溉面积为92.3万hm2，约占自治区总灌溉面积的1/3。内蒙古引黄灌区既包括河套、黄河南岸等自流灌区，又包括孪井滩、镫口、民族团结及麻地壕等扬水灌区。内蒙古引黄灌区分布于黄河（内蒙古段）中游段两侧，所在河道宽浅且逶迤曲折，平均比降仅为1/10 000，接近于河口比降；该区间有黄河（内蒙古段）主要沙源“十大孔兑”和北岸支流沟，多年平均来沙量为1.32亿t，占黄河总来沙量的68.6%[2]。由于该河段水流含沙量高，河道比降小、流速低，河道淤积及主流摆动严重，甚至出现河道淤积高度超过泵站或闸门取水口高程的情况，导致引水时大量河床淤积泥沙和悬移质泥沙进入灌区渠道[3]。尤其是扬水灌区泵站进水口高程低，加之进水口前高流速、强紊动作用，进入灌区的泥沙显著增加，导致渠道淤积严重，输水能力和供水保证率显著降低，灌区清淤费用和管理难度增加，渠道泥沙淤积问题已成为制约引黄扬水灌区正常运行与效益发挥的瓶颈。

【研究进展】针对引黄灌区渠道泥沙淤积问题，国内学者根据不同灌区的来水来沙特性、渠道淤积影响因素及防淤措施等开展了大量的研究[4-7]。在水流挟沙力计算方法上，建立了基于不同理论的水流挟沙力计算公式[8-10]，由于各灌区来水来沙特性不同，在进行渠道水流挟沙力计算时，往往需要根据实测数据筛选出适合该灌区的挟沙力公式，并以此为基础得出渠道冲淤平衡的临界比降和来水来沙条件[11]。

【切入点】内蒙古引黄灌区入渠悬移质泥沙主要组成成分为粉粒[12]，且水流平均流速、悬移流速和起动流速在不同流量下大小关系变化不定[13]，虽然根据起动流速与实测流速可以确定渠道不淤流量，但由于河道来沙量与渠道引水量变化范围大且随机性强、渠道边界条件复杂，无法建立统一的不同来水来沙情况下渠道不淤的来沙量与流量对应关系[14]，更缺少水沙-管理-渠道相互联动耦合作用下的渠道防淤技术。【拟解决的关键问题】本研究以引黄扬水灌区泥沙淤积严重的典型灌区—镫口扬水灌区总干渠为研究对象，通过分析入渠泥沙特性与时空分布特征，揭示渠道泥沙来源及冲淤变化规律，讨论不同引水来沙条件下临界的冲淤条件，继而从水沙调控、运行管理及渠道整治等方面提出防淤减沙技术措施。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

内蒙古镫口扬水灌区地处土默川平原中心地带，是黄河流域内蒙古自治区西部最大的电力扬水灌区，灌区设计灌溉面积7.73万hm2（图1）。灌水时间从3—11月，一般分为4个灌水期：春灌（3月下旬—4月中旬）、夏灌一水（5月下旬—6月上旬）、夏灌二水（6月下旬—7月中旬）和秋灌（10月—11月上旬）。

灌区引水泵站位于黄河（内蒙古段）中下游位置，泵站设计提水流量为50 m3/s，该泵站为临河式泵站，灌区总干渠全长18.05 km，设计底宽25 m，设计比降为1/10 000，内边坡系数为2.5，总干渠在14.24 km处有一武当沟倒虹吸。总干渠主要功能是向下游民生干渠和跃进干渠输水，同时总干渠与民生渠还承担着灌区北部大青山多条山洪沟泄洪、哈素海二级灌域灌溉、生态补水及土默特右旗工业园区供水等任务。

图1 镫口扬水灌区范围及监测断面位置图

1.2 监测断面布置及监测内容

从泵站取水口至总干渠末端共布置了8个监测断面，监测断面位置见图1。以泵站位置为0+000断面，其余各断面名称及桩号如表1所示。

表1 观测断面名称及桩号

监测内容主要包括：泵站引水流量、监测断面流速、形状及尺寸、含沙量、悬沙及床沙的颗粒级配、灌水期前后渠底高程及渠道形态，同时对灌水期前后总干渠泵站取水口附近黄河河道地形进行监测，分析泵站取水口前河道冲淤变化。

1.3 监测方法

根据《河流悬移质泥沙测验规范》（GB/T50159—2015）开展泥沙采样和流速测量[15]。在各灌水期（春灌、夏灌一水、夏灌二水、秋灌）开展原型观测和取样工作，每次测量时待总干渠中流量及流态稳定后，采用LowranceX4声呐进行水深测量，采用多普勒超声波流速仪测量各断面流速。每个监测断面布设3条垂线，测沙垂线与测速垂线重合，对每条垂线上表层、0.2、0.6、0.8（为水深）及底层水样和床沙进行采集，含沙量及泥沙颗粒级配在内蒙古农业大学水资源保护与利用实验室中检测，采用烘干法进行含沙量测定，采用马尔文3000激光粒度分析仪对泥沙粒径进行测定。

1.4 水流挟沙力及输沙能力计算方法

渠道的冲淤变化主要取决于渠道水流挟沙力与含沙量的大小关系，水流挟沙力计算方法主要包括：悬移质制紊作用、能量平衡原理、概率统计、因次分析等[10]。不同方法的计算式虽结构不同，但原理相差不大。文献[1]中分别对武汉大学、黄河水利委员会、内蒙古河套灌区和水利水电科学研究院等4家的水流挟沙力公式进行了分析和讨论，指出武汉大学水流挟沙力公式计算结果在0.05水平上与实测含沙量显著相关，故本研究采用武汉大学水流挟沙力计算公式，计算式为：

式中：g为重力加速度（m/s2）；为参考粒径（m）；s为泥沙容重（N/m3）；为水的容重（N/m3）；为水的运动黏滞系数（m2/s）。

水体的输沙能力可以用输沙效率指标来表示，定义单位水体累计冲淤量为理论输沙效率指标，其计算式为：

式中：Δ为累计的冲淤量（kg），正值代表淤积，负值代表冲刷；为总水量（m³）；为输沙效率指标（kg/m³），＜0时，绝对值越大表明冲刷效率越高，≥0时，绝对值越大表明淤积效率越高。

2 结果与分析

2.1 入渠泥沙总量及粒径

图2为2010—2012年镫口扬水灌区总干渠的引水量、来沙量和淤积量。受河道来沙、降雨、种植结构及管理等因素影响，每年灌区的引水量与来沙量不同。从图2可以看出，3 a的平均引水量为2.23亿m3，平均来沙量为51.09万t，平均淤积量为11.03万t，淤积量占总来沙量的21.6%。其中，2012年的引水量最少，为1.86亿m3，淤积量也仅为7.39万t；2010年引水量为2.05亿m3，淤积量却达到了16.21万t；2011年的引水量和来沙量都是3 a中最多的年份，但淤积量为9.48万t。可以看出渠道淤积量不仅受来水来沙条件的影响，而且与渠道边界条件、流量过程等因素有关，灌区渠道淤积过程是一个水流-泥沙-渠道-管理多因素耦合作用的复杂过程。

图2 2010—2012年引水量、来沙量和淤积量

图3为镫口扬水灌区总干渠悬移质和推移质泥沙颗粒级配曲线。由图3可知，进入总干渠的悬移质泥沙中，粒径小于75 μm的颗粒量占到总泥沙的84%，根据《土工试验方法标准》（GB/T 50123—2019）中的规定[16]，总干渠中的悬移质泥沙为细粒类土；推移质泥沙中粒径大于75 μm的泥沙量占总泥沙量的64%，故推移质泥沙为粗粒类土，且由于细粒量在15%～50%之间，属于粉土质砂。根据固定粒径法划分床沙质与冲泻质的标准，粒径小于62.5 μm时泥沙属于冲泻质泥沙，该部分泥沙主要由上游向下游输送，一般不参与河道的造床作用及河床演变[17]。因此，造成总干渠淤积泥沙主要为粒径大于62.5μm的床沙质。

图3 悬移质和推移质泥沙颗粒级配曲线

2.2 总干渠冲淤时空分布特征及分析

图4给出了2010—2012年各灌水期平均冲淤量占全年冲淤量比例（以下简称平均冲淤量占比）。由图4可知，各灌水期中夏灌二水淤积最为严重，平均冲淤量占全年冲淤量的42.5%，其他各灌水期的平均冲淤量占比依次为春灌33.5%、秋灌20.1%、夏灌一水3.9%。通过对2010—2012年各灌水期36次（春灌8次、夏灌一水9次、夏灌二水9次、秋灌10次）泵站后池含沙量的测定，得到不同灌水期泵站后池的平均含沙量依次为春灌3.82 kg/m3、夏灌一水1.73 kg/m3、夏灌二水3.20 kg/m3、秋灌1.54 kg/m3，泵站出水口处多年平均含沙量为2.47 kg/m³。

图4 2010—2012年各灌水期平均冲淤量占全年冲淤量比例

夏灌二水淤积严重的主要原因是夏灌二水引水含沙量较大，图5给出了镫口扬水灌区泵站上游35 km处包头水文站测定的2010—2012年黄河月平均含沙量。由图5可知，夏灌二水引水的6月下旬—7月中旬正好与高含沙的夏汛期时间重合，导致引水含沙量大，进入渠道泥沙总量多、淤积严重。同时，淤积较为严重的春灌期水流含沙量也明显高于夏灌一水和秋灌。其原因主要包括2个方面：一方面，春灌引水期是黄河（内蒙古段）河道的解冻期，受冻融和流量作用影响，堤岸崩塌现象严重，进入河道泥沙量增加，导致4月黄河泥沙量显著增加；另一方面，春灌开泵之前，黄河（内蒙古段）经历了将近5个月（11月—次年3月）的冰封期，由于河冰的影响，导致河道内水流流速显著减小，水流挟沙力明显减弱，造成原来悬浮在水中的泥沙发生淤积，河底高程明显增加，甚至出现河底高程高于泵站进水口高程的现象，开泵后泵站进水口前的高流速、强紊动水流作用将淤积在进水口前的泥沙抽吸入渠道。图6给出了2012年各灌水期开泵前、停泵后不同取水口前冲淤厚度变化，可以看出，各灌水期停泵后进水口前淤积厚度均小于开泵前，表明灌水期内水泵的动力作用将淤积在泵站进水口前泥沙抽入总干渠，导致取水口前河床淤积厚度降低，从而增加了进入总干渠水流的含沙量。

图5 2010—2012年包头水文站断面月平均含沙量

图6 2012年各灌水期开泵前后泵前淤积厚度

图7为2010—2012年总干渠沿程各断面累计冲淤厚度。可以看出除伊泰桥断面冲刷外，其他各个断面均处于淤积状态，其中淤积最为严重的断面为总干渠上游的东富桥断面，3 a总淤积厚度达到了3.1 m；其次淤积严重的断面为距泵房600 m的泵站出水口断面，3 a总淤积厚度为1.4 m；而渠道中下游的官地桥、土合气桥、大巴拉盖、五当沟等断面淤积厚度小于上游断面，总干渠3 a平均淤积厚度为0.68 m。总干渠泥沙淤积时空特征表现为：总干渠整体处于淤积状态，淤积严重的灌水期为夏灌二水和春灌，淤积主要发生在渠道上游段的泵站出水口-东富桥断面之间。

图7 2010—2012年总干渠各断面累计冲淤厚度

2.3 水流挟沙力与冲淤分析

图8给出了不同流量下沿程各监测断面的水流挟沙力计算结果。从图8可以看出，总干渠沿程各断面中，除伊泰桥断面外，其余各断面最大水流挟沙力均低于1.5 kg/m3，显著低于出水口多年平均含沙量2.47 kg/m3，因此，这些断面均处于淤积状态。同时，越靠近渠道上游，泥沙颗粒越粗，水流含沙量越大，淤积情况也较下游渠道严重。在下游五当沟断面处，受倒虹吸水力条件影响，水流流速低，水流挟沙力最小，因此渠道下游该断面淤积也最为严重。伊泰桥断面在大流量时水流挟沙力显著大于其他断面，且当流量大于30 m3/s时，水流挟沙力大于渠道多年平均含沙量，也就解释了伊泰桥断面发生冲刷的原因。

渠道淤积量与渠道的输沙能力、来沙量、引水流量及总引水量相关。图9给出了不同流量下现状渠道水流流速、计算水流挟沙力和实测含沙量。由图9可知，当渠道内流量小于30 m3/s时，水流挟沙力明显小于渠道的含沙量。图10给出了2010—2012年各灌水期日均引水流量，各灌水期的平均流量依次为18.49 m3/s（春灌）、18.53 m3/s（夏灌一水）、30.50 m3/s（夏灌二水）、32.82 m3/s（秋灌）。从图10中可以看出，每年超过50%的引水时间渠道引水流量小于30 m3/s，渠道整体处于淤积状态。同时，夏灌二水和秋灌的流量明显高于春灌和夏灌一水，春灌与夏灌一水流量相近，但是春灌入渠含沙量明显高于夏灌一水，故春灌渠道淤积量明显大于夏灌一水；夏灌二水与秋灌引水流量相近，但夏灌二水入渠含沙量高于秋灌，故夏灌二水渠道淤积量大于秋灌；虽然春灌引水流量小，含沙量大，但是由于春灌引水时间短，总的引水量仅约为夏灌二水和秋灌的1/3，因此，春灌渠道淤积量小于夏灌二水，而高于秋灌的淤积量。整体分析后4个灌水期渠道淤积严重程度依次为夏灌二水＞春灌＞秋灌＞夏灌一水。

图8 不同流量下各断面水流挟沙力

图9 各流量下现状渠道流速、计算挟沙力与实测含沙量

图10 2010—2012年各灌水期日均引水流量

2.4 渠道防淤临界条件

通过总干渠含沙量、流量及挟沙力计算与分析，水流挟沙力小于含沙量是造成总干渠淤积的主要原因。根据水流挟沙力计算式可知，在来沙特性一定的情况下，影响水流挟沙力的主要因素为渠道断面平均流速和水力半径，增加渠道坡降和整治断面可以提高断面平均流速，降低水力半径，从而增加渠道的水流挟沙力。

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288—2018）渠道设计的平均流速宜控制在0.6～1.0 m/s[18]，干渠纵坡一般为1/10 000～1/5 000。而现状渠道在流量低于30 m³/s时，流速均小于0.6 m/s。因此，综合考虑地形、经济等因素将渠道底坡由原设计1/10 000增加至1/7 000，同时对渠道断面进行整治和混凝土衬砌，在流量大于12 m³/s时，保证渠道流速大于0.6 m/s。图11给出了渠道底坡调整和断面衬砌后不同流量下水流挟沙能力。从图11可以看出，渠道底坡调整和断面整治后水流挟沙力显著提高。当渠道流量为24 m3/s时，水流挟沙力达到了2.86 kg/m3，大于渠道多年平均含沙量（2.47 kg/m³），且流量大于24 m3/s时，水流挟沙力均大于实测含沙量。

图11 各流量下渠道整治后流速、水流挟沙力与实测含沙量

图12 2010—2012年输沙效率指标随流量的变化过程

由于受降雨、上游来沙、区间来沙等因素影响，引水含沙量变化幅度较大，需根据不同的引水含沙量及各流量情况下水流挟沙力，确定在不同来水来沙条件下渠道冲淤关系的矩阵，从而指导灌区的运行管理。表2给出了不同来水含沙量情况下渠道不冲不淤的临界流量及冲刷关系。

表2 不同来水来沙条件下渠道冲淤关系矩阵

3 讨论

镫口扬水灌区渠道淤积泥沙来源一部分为黄河河道引水的悬移质泥沙和由于泵站抽吸作用吸入淤积在进水口附近的床沙，而且淤积严重的夏灌二水和春灌正好与河道高含沙的夏汛期和解冻期相重合，导致引入干渠的水流含沙量显著增加，明显高于现状渠道下水流挟沙力，这一点与前人研究[19]结果相同。因此，在来水来沙确定的情况下，提高渠道的水流挟沙力是解决渠道淤积的重要途径。一方面可以通过增加渠道坡降和整治断面形状、糙率等工程措施来提高水流挟沙力；另一方面可以根据来沙条件调整渠道的引水流量来增加输沙量。在本研究中将渠道的坡降由原来设计的1/10 000增加至1/7 000时，水流挟沙力显著提供，在流量为24 m3/s时，水流挟沙力大于多年平均渠道引水含沙量。同时根据输沙效率指标的分析，渠道不发生淤积的临界流量应该大于23 m3/s。结合不同来水来沙条件，确定出渠道冲淤的关系矩阵，从管理措施上指导灌区运行。

扬水灌区是由河道-泵站-渠道-田间组成的一个综合系统，本文仅从渠道输沙方面提出防治淤积的工程和管理措施，具有一定的局限性和单一性。研究中应该将整个灌区系统综合考虑开展防淤的进一步研究，今后将泵站进口减沙、渠首沉沙、渠道输沙及运行管理综合考虑，研究形成一套完整的扬水灌区防沙减淤体系。同时，应针对不同灌区的泥沙特性和水文条件开展系统性的试验研究，进一步优化灌区水流挟沙力公式，为引黄扬水灌区渠道泥沙淤积问题的防治提供技术依据。

4 结论

1）总干渠在2010—2012年整体处于淤积状态，其中淤积较为严重的为渠道上游段泵站出水口-东富桥段。

2）各灌水期中淤积最为严重的是夏灌二水，其后依次为春灌、秋灌和夏灌一水。

3）增大渠道底坡至1/7 000和断面衬砌后，水流挟沙力大幅度提升，并指出24 m3/s为渠道不冲不淤的临界流量。

[1] 赵志华, 吴文勇, 王佳盛, 等. 引黄灌渠泥沙迁移特性与渠道挟沙力模型试验研究[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(10): 63-71.

ZHAO Zhihua, WU Wenyong, WANG Jiasheng, et al. Experimental study on sediment transport characteristics and channel sediment carrying capacity model of Yellow River irrigation canal[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(10): 63-71.

[2] 刘乘麟. 黄河内蒙河段泥沙来源分析[D]. 兰州: 兰州大学, 2015.

LIU Chenglin. Analysis of sediment source of the Inner Mongolia section of the Yellow River[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2015.

[3] 高红艳. 内蒙古镫口扬水灌区总干渠泥沙淤积问题研究[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2018.

GAO Hongyan. The study on sedimentation of main channel in Dengkou Yangshui Irrigation district of Inner Mongolia[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2018.

[4] 王婧, 韩启彪, 那巍. 山西柳林灌区引黄水的泥沙特性分析[J]. 灌溉排水学报, 2018, 37(S2): 140-143.

WANG Jing, HAN Qibiao, NA Wei. Characteristics of mud and sand in the water of the Yellow River in Liulin irrigation district of Shanxi Province[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(S2): 140-143.

[5] 王新宏, 吴巍, 雷赐涛, 等. 东雷抽黄引水灌区退水对干渠减淤的影响[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2018, 46(8): 131-138.

WANG Xinhong, WU Wei, LEI Citao, et al. Effect of water release on main canal sedimentation reduction in Donglei pumping irrigation system of the Yellow River[J]. Journal of Northwest A&F University (Natural Science Edition), 2018, 46(8): 131-138.

[6] 王延贵, 史红玲. 引黄灌区不同灌溉方式的引水分沙特性及对渠道冲淤的影响[J]. 泥沙研究, 2011(3): 37-43.

WANG Yangui, SHI Hongling. Water and sediment diversion characteristics of various irrigation types and their influence on canal erosion and deposition in irrigation systems of Low Yellow River[J]. Journal of Sediment Research, 2011(3): 37-43.

[7] 连兴强. 位山灌区引黄泥沙问题分析与治理方案研究[D]. 济南: 山东大学, 2011.

LIAN Xingqiang. Research of sediment problem and treatment scheme about Yellow River water-diversion project for Weishan irrigation area[D]. Ji’nan: Shandong University, 2011.

[8] 董航. 水流挟沙力计算公式研究综述[J]. 中国水运, 2011, 11(11): 169-171.

DONG Hang. Research overview on sediment carrying capacity formula[J]. China Water Transport, 2011, 11(11): 169-171.

[9] 戴路, 李瑞杰, 丰青, 等. 一般形式的阻力系数公式及其在挟沙力计算中的应用[J]. 泥沙研究, 2016(2): 7-13.

DAI Lu, LI Ruijie, FENG Qing, et al. A general formula of resistance coefficient and its application in sediment-carrying capacity computation[J]. Journal of Sediment Research, 2016(2): 7-13.

[10] 张佳欣, 贾艳红, 李志威, 等. 基于有效剪力的河口潮流挟沙力计算与检验[J]. 泥沙研究, 2021, 46(6): 65-72.

ZHANG Jiaxin, JIA Yanhong, LI Zhiwei, et al. Calculation and verification of estuarine tidal current sediment carrying capacity based on effective shear[J]. Journal of Sediment Research, 2021, 46(6): 65-72.

[11] 魏杨. 尊村引黄灌区渠道水沙特性研究[D]. 太原: 太原理工大学, 2018.

WEI Yang. Study on characteristics of water and sediment in Zun-cun irrigated area of Yellow River diversion[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Technology, 2018.

[12] 姚欣, 李金山, 黄修桥, 等. 引黄畦灌田间水沙分布规律[J]. 农业工程学报, 2016, 32(18): 147-152.

YAO Xin, LI Jinshan, HUANG Xiuqiao, et al. Distribution of Yellow River’s silt in field under border irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(18): 147-152.

[13] 赵琳琳, 马太玲, 于健, 等. 黄河上游镫口扬水灌区渠道输沙特性研究[J]. 人民黄河, 2018, 40(2): 14-17.

ZHAO Linlin, MA Tailing, YU Jian, et al. Study on canal deposition characteristics of Dengkou pumping irrigation area on the upper Yellow River[J]. Yellow River, 2018, 40(2): 14-17.

[14] 李超, 于健, 李伟帅, 等. 镫口扬水灌区总干渠悬移质泥沙特性研究[J].灌溉排水学报, 2015, 34(8): 87-91.

LI Chao, YU Jian, LI Weishuai, et, al. Study of suspend load characteristics in the main channel of Dekou pumping irrigation district[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2015, 34(8): 87-91.

[15] 河流悬移质泥沙测验规范. GB/T50159—2015[S].

Code for measurement of suspended load in open channels. GB/T50159—2015[S].

[16] 土工试验方法标准. GB/T 50123—2019[S].

Standard for geotechnical testing method. GB/T 50123—2019[S].

[17] 陈槐, 朱立俊, 王建中, 等. 床沙质与冲泻质划分方法综述[J]. 泥沙研究, 2016(4): 74-80.

CHEN Huai, ZHU Lijun, WANG Janzhong, et al. Review on division criteria between bed material load and wash load[J]. Journal of Sediment Research, 2016(4): 74-80.

[18] 灌溉与排水工程设计标准. GB50288—2018[S].

Design standard for irrigation and drainage engineering. GB50288—2018[S].

[19] 高红艳, 魏占民. 镫口扬水灌区输水干渠来沙特性解析[J]. 灌溉排水学报, 2018, 37(7): 99-105.

GAO Hongyan, WEI Zhanmin. Analysis of the factors affecting sedimentation in canals ditching Yellow River water for irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(7): 99-105.

Spatiotemporal Distribution and Critical Hydraulic Condition for Erosion-deposition of Sediment in Channels in Pumping Irrigation District

LI Chao1, YU Jian2*, LI Weishuai2, LI Quan3

(1. College of Water Resources and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China; 2. Water Resources Research Institute of Inner Mongolia, Hohhot 010020, China; 3. Inner Mongolia Autonomous Region Dengkou Pumping Irrigation District Administration, Baotou 014030, China)

【】The purpose of this paper is to study erosion-deposition of sediment, its influencing factors, as well as its critical hydraulic condition in channels in pumping irrigation districts.【】Hydraulic characteristics were tested at different sections during each irrigation even from 2010 to 2012 to analyze the gradation of sediment grains, concentration, source, as well as its spatiotemporal distribution. We calculated sediment carrying capacity at different discharge rates, which was used to determine the relationship between sediment carrying capacity and the measured sediment concentration under current situation and after the channels are improved.【】①Sediment deposition in the channels was mainly caused by the bed load with grain sizes >75μm, formed from the suspended load and sediment deposition around the intake after the pump was stopped. ②Sediment deposition appeared at the outlet of the station in the upstream channels at the Dongfuqiao section, and the second summer irrigation caused serious sedimentation. ③Sediment carrying capacity of the current channels under discharge rate less than 30 m3/s was lower than sediment concentration, leading to sediment deposition in the whole channels. ④Combined with channel improvement, increasing the bed slope to 1/7 000 can increase sediment carrying capacity significantly. The non-silting critical discharge rate is 24 m3/s for the main canal under the multi-year average sediment concentration. 【】The critical hydraulic flow for channels scouring and silting balance is 24 m3/s, and it can be used by the authority of irrigation districts for management.

irrigation district; sedimentation; erosion-deposition; sediment carrying capacity; critical discharge

S274.3

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021615

李超, 于健, 李伟帅, 等. 扬水灌区渠道泥沙冲淤时空分布特性及临界条件[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(4): 120-126.

LI Chao, YU Jian, LI Weishuai, et al. Spatiotemporal Distribution and Critical Hydraulic Condition for Erosion-deposition of Sediment in Channels in Pumping Irrigation District[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(4): 120-126.

1672 - 3317（2022）04 - 0120 - 07

2021-12-09

国家自然科学基金项目（51969025）；内蒙古自治区自然科学基金项目（2019MS05006）

李超（1983-），男。副教授，博士，主要从事泥沙运动力学及河流动力学研究。E-mail: nmndlc@imau.edu.cn

于健（1958-），男。教授级高级工程师，主要从事节水灌溉研究。E-mail: jianyu192005@sina.com

责任编辑：白芳芳