金溝河總干渠泥沙處理系統建設與應用評價

陳 臣 汪世國

(新疆水利廳金溝河流域管理處 烏魯木齊 832100)

1 概況

金溝河位于新疆維吾爾自治區境內，河流發源于天山北麓的依連哈比尕山，是冰雪融水及降雨混合補給型的山溪性多泥沙河流。由于近年流域人口增加和人類活動范圍擴大等因素，河流上游原始植被和生態被不斷破壞，水土流失現象不斷加劇，河水泥沙含量越來越大，河水夾雜著泥沙源源不斷流入中下游，在河谷出口處通過金溝河引水渠首引入總干渠中，據實測分析，金溝河多年推移質平均輸沙量為9.25萬t，輸沙率2.94kg/s，多年懸移質平均輸沙量為65.03萬t，輸沙率20.6kg/s;多年輸沙量平均為74.28萬t。6～8月為輸沙量高峰期，為7.1～13.8kg/m3，占全年泥沙量的70%，推移質最大直徑60cm，懸移質以流沙和泥土為主。

2 多泥沙帶來的不利影響

2.1 損毀水利工程

由于金溝河引水總干渠坡降大，引水過程中推移質泥沙在高速水流的作用下，不斷碰撞水面以下建筑物及混凝土邊板和底板，造成混凝土表面破損脫離，特別是由于直徑較大的顆粒物造成的破損更嚴重，據泥沙處理系統建立前不完全統計，金溝河引水總干渠水面以下混凝土邊板表面磨損率為98%，磨損深度為1～5cm不等，渠底磨損率為100%，沿線到處可見由大顆粒泥沙磨砸成的深坑，特別在水流湍急段更加密集，渠底和邊板銜接處也破損嚴重，造成管理單位每年必須拿出資金對工程進行維修。

2.2 減少引水量

由于水利工程的嚴重破損，總干渠垮渠事故常有發生，多則每月7～8次左右，少則每月2～3次，嚴重影響了正常的供用水秩序，減少了灌區用水量，在供水期，必須采取每隔一段時間進行停水檢修的措施，以勉強維持向灌區供水。同時由于泥沙含量大，造成用水單位輸水斷面淤積堵塞，斷面過水能力降低，灌溉水量和保證率達不到要求，只有采取停水清淤后再放水的辦法解決，消耗了較多的人力物力，增加了引水成本。預計金溝河每年因停水修渠和清淤造成的供水量損失約為2500萬m3，嚴重制約了以水費收入為來源的金溝河管理單位的發展。

2.3 影響灌區生態環境

灌區土地70%處于流域的中下游，基本依賴金溝河總干渠引水進行灌溉，由于長期引入河水中的泥沙，泥沙在土地表面沉淀和積累，造成了部分土地沙化和鹽堿化，破壞了作物生長環境，影響了灌區種植效果，促使灌區每年必須投入一定的資金用于土地的改良。同時泥沙水引入水庫后，在下游水庫中沉積，造成水庫庫容降低，削減了水庫的蓄調能力，降低了水庫的防洪標準，影響了水庫運行安全。多泥沙對灌區的長期可持續發展的不利影響日益突出和顯現，制約了灌區的發展。

3 泥沙處理系統建設

根據多年泥沙處理經驗，要處理好金溝河總干渠水中的泥沙，單靠某一項工程措施是不夠的，必須在總干渠上建立一套功能健全、系統穩定的工程設施聯合調度方能解決。

3.1 系統組成設計

金溝河引水渠首1960年建成運用，設有沖沙閘和排沙廊道，由于近年泥沙量的不斷增加導致排沙廊道報廢，單靠沖沙閘沖沙實際處理泥沙量只占總引進泥沙量的30%左右，存在泥沙處理不徹底和沖沙閘連接的輸沙道尾部河床不斷抬高等不利因素，大部分泥沙進入引水總干渠，影響了單位運行管理及灌區用水需求。通過探索和借鑒其他單位成功經驗，在總干渠上引進了渦管排沙技術，先后在總干渠沉沙池段和引水段設置渦管排沙4處，通過與沖沙閘排沙聯合運用，排沙效果得到了提高，進入總干渠泥沙量的60%左右得到了處理，特別是推移質中的中小顆粒處理明顯，但仍有40%左右的泥沙得不到處理，且渦管排沙存在用水量大和中大顆粒排出效果不理想的現象，泥沙對總干渠的磨損威脅仍然存在，渦管排沙的局限性決定了泥沙處理系統的不完整性，結合金溝河特殊地理位置和泥沙情況的分析，1998年通過模型試驗，大膽運用高效節水的排沙漏斗新技術，在總干渠上新建排沙漏斗一座，通過渠首沖沙閘、渦管和漏斗聯合運行，經過泥沙處理系統流入下游的水除了泥和部分流沙外，基本沒有推移質，泥沙處理達到了較好效果。由沖沙閘、渦管和漏斗共同組成了金溝河泥沙處理系統，具體布置見下圖。

三級排沙系統布置圖

3.2 系統運行效果

為實際證明泥沙處理系統的效果，金溝河委托相關權威部門對泥沙處理系統運行數據進行了監測，見下頁表。

監測數據說明，渦管處理的推移質泥沙為0.285萬t，漏斗處理的推移質泥沙為0.356萬t，渦管和漏斗合計處理推移質泥沙為0.641萬t，經聯合運行，渦管處理推移質泥沙占運行時段內總來沙量的43%，漏斗處理推移質泥沙占運行時段內總來沙量的56%，推移質泥沙處理率達99%，效果較好。同時監測到0.25mm以上懸移質處理為70%，0.25mm以下懸移質處理為55%，排沙年均消耗水量占總引水量的4.5%，水量消耗低。實踐證明由沖沙閘、渦管和漏斗共同組成的泥沙處理系統是科學可行的，基本解決了困擾金溝河發展的泥沙問題。

引水樞紐干渠渦管漏斗時段推移質泥沙測驗成果表

4 經濟效益評價

金溝河泥沙處理系統的建立和運行，為灌區提供了可靠穩定持續的灌溉水資源，發展了地方經濟，便利了單位管理，經濟和社會效益明顯。

4.1 節約了工程運行管理成本

泥沙處理系統的運用，極大地降低了泥沙對總干渠的磨損，自1998年至今，沒出現垮渠事故，總干渠水面線以下沒有發現破損性磨損，渠道完好率達99%，每年節約總干渠維修費約200萬元。同時由于泥沙量的減少，總干渠泥沙淤積量和各引水段面泥沙處理量為0.6萬m3，相比泥沙處理系統運用前的2.7萬m3減少了2.1萬m3，每年節約清淤費約6萬元。水庫淤積量為2.5萬m3，較系統運行前的10萬m3減少7.5萬m3，每年減少清淤費23萬元。

4.2 增加了單位的水費收入

泥沙處理系統運用后供水保持持續穩定，完好的水利工程促進了供水能力的提高，每年單位在完成因垮渠損失的2500萬m3引水指標任務的同時，新增引水量1500萬m3，灌區灌溉保證率提高了20%左右，相比系統運行前，單位每年可多實現水費收入240萬元，經濟實現了增收。

4.3 提高了灌區收益

灌區農業灌溉用水保證率的提高，實現了農業增產和農民增收的目的。自1998年以來的10年間，灌區調整了種植結構，減少了耐旱作物種植，增加了經濟作物種植。多年實現棉花增產26%，農民增收65%，棉花增產量500kg/hm2，按市場價7元/kg計算，增收3500元/hm2，按金溝河灌區棉花種植面積25600hm2計算，年增收8960萬元;玉米增產24%，農民增收50%，玉米增產1120kg/hm2，按市場價2.5元/kg計算，增收2800元/hm2，提高了灌區經濟收益率。

4.4 改善灌區生態環境

由于供水保障率的提高，2002～2010年，金溝河每年向灌區3500hm2生態林提供水資源800萬m3，生態林年增加灌溉水量2200m3/hm2，生態林的大面積建設，防止了水土流失和土地的沙漠化，改善了灌區居民生活環境。同時通過采取總干渠排沙和在田間建沉沙池沉沙相結合的措施，灌溉水水質得到了改善，水質清潔且含多種適合作物生長的維生素，節約了土地改良資金投入，防止了土地沙化、鹽堿化，灌區土地越來越肥沃，形成了良好的灌區種植環境。

5 結語

金溝河是我國重要的糧棉生產基地，多年來為新疆地方和兵團經濟發展作出了重要的貢獻。隨著流域水資源的不斷開發和利用，困擾金溝河發展的泥沙問題通過采取建設泥沙處理系統工程的辦法進行了解決，并取得了較好的效果，確立了金溝河流域在灌區管理中的主導作用，贏得了灌區的支持和尊重，為水利的可持續發展提供了保障，同時金溝河泥沙處理系統的建設也為新疆多泥沙河流提供了思考和借鑒，具有一定的推廣意義。

1 張開泉，劉煥芳.渠道上的渦管排沙工程［J］.四川水利，1998(2):19－22.

2 李旗進，王金魁，等.金溝河引水渠渠首排沙系統運行管理［J］.人民長江，2009(15).

3 王忠，謝富明，欒文，等.新疆金溝河渠首解決泥沙入渠的措施及效果［J］.中國農村水利水電，2006，(10):7 －8.