水洛河生態治理項目泥沙處理技術探討

張 佳

（甘肅省莊浪縣水務局，甘肅莊浪744699）

1 水洛河生態治理項目中泥沙處理技術難題

1.1 泥沙處理技術難題

黃河流域是我國含沙量最大的河流，因此泥沙問題是黃河流域治理中存在的最大問題，黃河中含量較大的泥沙嚴重威脅著黃河流域特別是中下游地區群眾的生命和財產安全。在多泥沙的河流中，泥沙的沉積對河流景觀設施、水庫庫容、水輪機的磨損等會造成巨大的影響。要治理黃河流域，泥沙處理是關系到工程建設成敗的關鍵。莊浪縣水洛河屬黃河流域渭河水系三級支流，該流域屬山區性河流，水土流失較為嚴重，所以應做好水洛河生態保護與治理。建設生態河堤、生態溝渠和人工濕地就要建設蓄水壩，但是蓄水壩很容易在汛期淤積大量的泥沙，河道清淤工作量多難度大。因此，合理設計沖沙設施，使其發揮最佳的排沙和行洪作用，對水洛河生態治理工程建設至關重要。

1.2 渠式沖沙槽在河道水景觀應用中存在不足之處

黃河流域生態治理項目人工濕地工程中蓄水壩采用分槽式，即把蓄水壩用隔墻分為蓄水壩和沖沙槽兩部分，大多數沖沙槽采用渠式結構，相當于一個在出口安裝有閘門的矩形渠道，結構簡單，施工容易，但是去除泥沙效果不好。因為水流從進口流入，從一側流出到蓄水壩，水流在沖沙槽中流速雖然低，但卻是流動的，并不是靜止的，大的沙粒在沖沙槽中會沉淀下來，而細小的沙粒會隨著低速的水流流動到蓄水壩，致使蓄水壩內的水不太清澈，影響河道景觀工程的效果。

2 沖沙槽改進方案

為了解決蓄水壩小洪水和非汛期泥沙淤積問題，為壩內提供較良好的水質，增加河道內的水景觀，修復河道的生態，工程措施上采取折回式沖沙槽方式。通常布置在蓄水壩一側，其作用是為蓄水壩起供水作用，具體是為蓄水壩的供水進入蓄水區前進行沉淀泥沙，兼顧泄洪的作用，能較好地避免泥沙入庫，達到蓄水區蓄清排渾和防止淤積的目的。

3 折回式沖沙槽的布置及結構設計研究

3.1 工程布置

本次以莊浪縣北洛河城區段3 個連續的擋水壩為例進行設計研究，擋水壩材質全部設計為液壓壩，沖沙槽布置在左岸，槽總長150 m，結構為折回式，沖沙槽里設1 道中隔墻（隔墻寬0.25 m）把沖沙槽分成2 個小槽，即順流槽和逆流槽，2 個小槽平行布置，每座壩相對應的沖沙槽槽尾設置2 個排沙閘，即順流槽排沙閘和逆流槽排沙閘，兩槽尾端是連通的，中隔墻在每個沖沙閘以上2 m 處斷開；逆流槽進口設有1 個排洪閘，順流槽槽底比降較大，為1/50；逆流槽槽底比降較小，為1/100；每道擋水壩對應的逆流槽外壁（靠近上游的部分）設置一個1 m×1 m 的溢流口（擋水壩進水口）。

3.2 結構設計研究

根據《甘肅省暴雨洪水圖集》里的瞬時單位線法和明渠均勻流計算公式最后確定：沖沙槽總凈寬10.25m，進口高2.0 m，出口高3.5 m，中隔墻寬0.25 m，順流槽槽底比降為1/50，逆流槽槽底比降為1/100，順流槽槽寬6 m，逆流槽寬4 m，逆流槽靠近蓄水壩的一側設置1 個1 m×1 m 的溢流口（見圖1）。

圖1 沖沙槽平面布置

4 折回式沖沙槽工作原理及泥沙處理的方法

4.1 工作原理

分為汛期和非汛期，下面以連續3 個擋水壩為例進行說明。

4.1.1 非汛期立壩蓄水運行控制 非汛期期間，當上游來水含沙量較小（≤8 kg/m3）、水質較好時，擋水壩處于立壩狀態，首先將最下游3#沖沙槽閘門關閉，其他沖沙槽閘門打開，上游導流渠將河道來水直接引入沖沙槽順流槽槽內，順坡流向槽尾，水流在沖沙槽內邊流邊沉積，經沖沙壩攔擋后折轉向逆流槽槽內，逆坡向上流，大顆粒泥沙會在第一個槽內沉淀下來，小顆粒泥沙由于逆坡向上，根據水流和泥沙流動的特點，也會基本沉淀下來，沉淀泥沙后的表層清水通過3#壩進水口進入3#擋水壩蓄水區，蓄水區蓄滿后，關閉2#沖沙槽沖沙閘，溢流進入2#擋水壩蓄水區進行蓄水；依次向上游擋水壩蓄水區全部蓄水。

4.1.2 汛期塌壩泄洪運行控制 在汛期，洪水來臨時，小于10 年一遇時，由導流槽引入沖沙閘第一個槽內，提升起槽尾沖沙閘直接由順流槽泄洪；大于10 年一遇而小于50 年一遇時，提升起逆流槽進口段排洪閘和槽內所有的沖沙閘，全部洪水從整個沖沙槽內下泄，蓄水區擋水壩原則上不塌壩運行；當上游河道來水超過50 年一遇流量時，所有沖沙槽閘門和擋水壩均塌壩，全河道泄洪；為避免洪峰過后泥沙在蓄水區淤積，當洪水流量減小至10 年一遇流量以下時，提升起導流壩，使小規模洪水全部從沖沙槽下泄。洪水過后，當河水變清、含沙量較小時，關閉逆流槽進口和3#沖沙閘門，沖沙槽可以再次進行沉沙，蓄水區立壩蓄水。

4.2 泥沙處理的方法

洪水期間小于10 年一遇的小流量洪水可以直接從沖沙槽內泄洪，大于10 年一遇的高速大流量洪水可以將沖沙槽進、出口端的2 個閘門全部開啟，大于50 年一遇的超大流量洪水可將蓄水壩塌壩泄洪。對于沖刷不凈還仍然沉積的泥沙，開啟沖沙槽進口排洪閘，在進口用水泵抽取河道的來水，用高速水流方法沖到下游。

5 折回式優點

一是沖沙槽采用折回式，增加了沖沙槽的長度，從而降低了槽內水的流速，進水閘開啟后，水流先由順流槽順坡流進，然后逆坡向上流，這樣水流在極低的流速下由于動水壓力幾乎接近靜水壓力，水中的泥沙在重力作用下將有效地從水中分離出來，與通常用的渠式沖沙槽相比除沙效果優良。

二是小于50 年一遇的洪水，可以開啟沖沙閘，從沖沙槽內下泄，大于50 年一遇的超大流量洪水可將蓄水壩塌壩泄洪，這樣設計不但可以減少蓄水壩塌壩次數，還可以節約水資源，且不影響行洪。

三是進出口兩端都采用閘門設計，不僅便于排洪控制，而且清理泥沙時由于分槽進行，不會造成槽內蓄水全部向下游排放現象，提高了供水效益。