引黃灌區渠道淤積問題分析及減淤措施研究

張曉紅

【摘要】隨著黃河下游地區經濟社會的發展，引黃灌區泥沙淤積問題已經成為制約灌溉工程效益的發揮和灌區的可持續發展的“瓶頸”。文中在分析引黃灌區渠道淤積原因的基礎上，根據黃河泥沙治理的原則，對渠道淤積泥沙進行分散處理，提出幾種切實可行的處理措施，研究成果對引黃灌區泥沙處理和灌區的可持續發展有重要意義。

【關鍵詞】引黃灌區；泥沙；渠道淤積；分散處理

引言

20世紀90年代以來，隨著地區經濟的發展，引黃取水規模迅速增大，黃河水量逐年減少，黃河河口段斷流次數逐年增加，引黃灌區今后將會越來越多地面臨著需水期無水可引，非需水期采取引黃蓄水和引用汛期含沙量較高的渾水問題。大量的黃河泥沙進入引黃灌區，灌區渠道和沉沙池泥沙淤積嚴重，泥沙清淤需要大量資金投入，堆沙造成沙化、占壓大量耕地等經濟、環境和社會問題。灌區泥沙安置問題更為突出。《黃河流域（片）水利發展“十五”規劃》中明確提出，“洪水威脅、水資源供需矛盾尖銳、生態環境已成為黃河流域水利發展所面臨的主要問題，是區域經濟社會可持續發展的重要制約因素”。

1、引黃灌區輸水渠道淤積原因

1.1黃河小北干流含沙量較大

引黃提水工程一級站位于黃河中下游的小北干流河上，小北干流屬于典型的平原游蕩性河道，穿越于秦晉兩省黃土高原之間，河道坡陡流急，沿岸溝壑縱橫、土質松散，植被較差，水土流失嚴重。另一個原因是地形上陡下緩，平面形態呈啞鈴狀，由于流速減慢，加之是三門峽水庫的庫尾，泥沙淤積比較嚴重，灘槽高差小，水源本身含沙量較大。再加上，灌區的需水高峰期（時值三伏大旱）正處于黃河發汛期，也加大了灌溉水中的含沙量。

1.2長期小流量引水導致渠道淤積加重

引黃灌區的設計流量為46.5m3/s，但是由于受管理體制、水利設施、灌溉制度、灌水定額等眾多因素制約，輸水干渠常處于非設計工況運行。根據灌區多年用水量統計，干渠平均流量在28m3/s左右，遠遠小于渠道的設計流量，而干渠各段渠道斷面尺寸和渠道比降是按設計流量計算得到的。這樣就造成了在渠道大斷面上，通過的是小流量，渠道內水流速度減小，大量泥沙沉積下來，導致渠道斷面的嚴重淤積。

1.3渠道設計不妥對渠道造成的淤積

由于河套灌區為平原灌區，渠道大多為緩坡降、寬淺式渠道。在目前的節水改造工程中，特別是在斗、農渠的襯砌過程中，往往要改變原有渠道的斷面，將原來的寬淺式渠道大多都改為U型槽或加寬U型槽，與原來的土渠相比，寬深比發生了很大變化。而且受上級渠道節制能力的限制，這些渠道在改變斷面后要滿足引水量的需要，往往降低了渠底的位置。這樣，在運行過程中其斷面流速發生了很大的變化，加之下級渠道取水口位置偏高，形成了渠道垂線流速分布變化較大，表流速較快，底流速較慢，淤積嚴重。這種現象在西濟示范區普遍存在。

2、輸水渠道減淤措施

2.1減少過水斷面面積，加大渠道水流速度

由于引黃灌區的灌溉用水量常常達不到設計所要求的用水量，而渠道斷面設計是根據設計流量確定的，這樣導致干渠實際通過的流量遠小于設計流量，渠道流速減小，挾沙能力小，泥沙淤積量大。可采用減小過水斷面面積的方法，增強渠道的輸沙能力。例如引黃灌區五級站干渠時常通過的流量是設計流量的一半時，可將干渠過水斷面減小一半，在清淤時，可只清理一半斷面即可。這樣渠道中的流速大，增大渠道的輸沙能力。

2.2沉沙池動態運行調控

受地形條件限制，可開辟沉沙池的場所決定了沉沙池占地面積，為延長沉沙使用年限，沉沙池應像水庫的“調節”庫容一樣起到調沙作用。當含沙量高的挾沙水流入沉沙區時，泥沙沉下來，沉沙區起削減含沙量的作用，減小入渠含沙量。當含沙量低的挾沙水流入沉沙區時，區內形成沖刷狀態，將淤積下來的泥沙沖走一部分，騰出部分容積。

2.3坑塘蓄水，分散沉沙

采用坑塘蓄水作為農業用水，可以充分利用汛期洪水擴大灌區供水能力，并在缺水時成為重要的儲備水源，尤其受旱時可作為生活必備用水。坑塘蓄水在建設和蓄水運行中也可以利用提水和兩用水庫模式，四周沉沙，滾動增大蓄水容積。實踐證明，坑塘蓄水既可以保持良好的生態環境，且容易做到蓄水設施分布合理。坑塘蓄水還具有供水方便、成本低，為推廣節水技術和回補地下水創造條件，減輕河道排洪壓力等優點。

2.4優化渠道斷面結構，增強渠道挾沙能力

渠道挾沙能力與流速、過水斷面水力半徑、泥沙沉降速度有關。通過優化渠道斷面結構、增大渠道比降、減小渠道糙率（渠道襯砌）、調整斷面形態，來提高渠道的挾沙能力。在保證輸水渠道少淤或不淤的情況下，把較細顆粒送入支渠以下各級渠道，或將細顆粒泥沙送入田間，達到遠距離輸沙、分散處理泥沙的目的。渠道挾沙能力應以沖淤平衡為原則，首先分析不沖不淤流量與引水含沙量的關系，然后計算出不同引水含沙量情況下各渠道不淤的最小流量。在運行過程中，要求渠道實際通過的流量必須大于不淤的最小流量，當實際流量遠小于這一流量時，就關閘停灌。干渠斷面結構改造可借鑒夾馬口引黃灌區經驗，有序地將干渠寬淺式梯形斷面改造為弧形坡角梯形斷面，增大過水斷面水力半徑，增大渠道比降，挾沙能力可提高了3-4倍；其次是利用支、斗渠縱坡較大的先天優勢和U型渠道的改造，可將一部分細顆粒泥沙進入田間，一方面有利于作物生長，另一方面對泥沙進行了分散處理。支渠以上的骨干渠道，含沙量大時應允許有所淤積，含沙量小時應允許有所沖刷，保持沖淤平衡。

結語

引黃灌區多年來一直在研究解決泥沙的處理問題，雖然取得了一些進展，但仍不能有效解決干、支渠的泥沙淤積處理費用過高的難題。本文僅是對輸水渠道泥沙淤積分散處理方案進行了研究，提出了幾種可行方案，還需要在工程實踐中不斷完善和改進，使之更好地發揮泥沙處理效果，真正實現引黃灌區的可持續發展。

參考文獻：

[1]許曉華，田金艷，楊明，等.黃河下游引黃灌區泥沙處理模式研究[J].水利科技與經濟，2012（2）：7-8.

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