金沟河总干渠泥沙处理系统建设与应用评价

陈 臣 汪世国

(新疆水利厅金沟河流域管理处 乌鲁木齐 832100)

1 概况

金沟河位于新疆维吾尔自治区境内，河流发源于天山北麓的依连哈比尕山，是冰雪融水及降雨混合补给型的山溪性多泥沙河流。由于近年流域人口增加和人类活动范围扩大等因素，河流上游原始植被和生态被不断破坏，水土流失现象不断加剧，河水泥沙含量越来越大，河水夹杂着泥沙源源不断流入中下游，在河谷出口处通过金沟河引水渠首引入总干渠中，据实测分析，金沟河多年推移质平均输沙量为9.25万t，输沙率2.94kg/s，多年悬移质平均输沙量为65.03万t，输沙率20.6kg/s;多年输沙量平均为74.28万t。6～8月为输沙量高峰期，为7.1～13.8kg/m3，占全年泥沙量的70%，推移质最大直径60cm，悬移质以流沙和泥土为主。

2 多泥沙带来的不利影响

2.1 损毁水利工程

由于金沟河引水总干渠坡降大，引水过程中推移质泥沙在高速水流的作用下，不断碰撞水面以下建筑物及混凝土边板和底板，造成混凝土表面破损脱离，特别是由于直径较大的颗粒物造成的破损更严重，据泥沙处理系统建立前不完全统计，金沟河引水总干渠水面以下混凝土边板表面磨损率为98%，磨损深度为1～5cm不等，渠底磨损率为100%，沿线到处可见由大颗粒泥沙磨砸成的深坑，特别在水流湍急段更加密集，渠底和边板衔接处也破损严重，造成管理单位每年必须拿出资金对工程进行维修。

2.2 减少引水量

由于水利工程的严重破损，总干渠垮渠事故常有发生，多则每月7～8次左右，少则每月2～3次，严重影响了正常的供用水秩序，减少了灌区用水量，在供水期，必须采取每隔一段时间进行停水检修的措施，以勉强维持向灌区供水。同时由于泥沙含量大，造成用水单位输水断面淤积堵塞，断面过水能力降低，灌溉水量和保证率达不到要求，只有采取停水清淤后再放水的办法解决，消耗了较多的人力物力，增加了引水成本。预计金沟河每年因停水修渠和清淤造成的供水量损失约为2500万m3，严重制约了以水费收入为来源的金沟河管理单位的发展。

2.3 影响灌区生态环境

灌区土地70%处于流域的中下游，基本依赖金沟河总干渠引水进行灌溉，由于长期引入河水中的泥沙，泥沙在土地表面沉淀和积累，造成了部分土地沙化和盐碱化，破坏了作物生长环境，影响了灌区种植效果，促使灌区每年必须投入一定的资金用于土地的改良。同时泥沙水引入水库后，在下游水库中沉积，造成水库库容降低，削减了水库的蓄调能力，降低了水库的防洪标准，影响了水库运行安全。多泥沙对灌区的长期可持续发展的不利影响日益突出和显现，制约了灌区的发展。

3 泥沙处理系统建设

根据多年泥沙处理经验，要处理好金沟河总干渠水中的泥沙，单靠某一项工程措施是不够的，必须在总干渠上建立一套功能健全、系统稳定的工程设施联合调度方能解决。

3.1 系统组成设计

金沟河引水渠首1960年建成运用，设有冲沙闸和排沙廊道，由于近年泥沙量的不断增加导致排沙廊道报废，单靠冲沙闸冲沙实际处理泥沙量只占总引进泥沙量的30%左右，存在泥沙处理不彻底和冲沙闸连接的输沙道尾部河床不断抬高等不利因素，大部分泥沙进入引水总干渠，影响了单位运行管理及灌区用水需求。通过探索和借鉴其他单位成功经验，在总干渠上引进了涡管排沙技术，先后在总干渠沉沙池段和引水段设置涡管排沙4处，通过与冲沙闸排沙联合运用，排沙效果得到了提高，进入总干渠泥沙量的60%左右得到了处理，特别是推移质中的中小颗粒处理明显，但仍有40%左右的泥沙得不到处理，且涡管排沙存在用水量大和中大颗粒排出效果不理想的现象，泥沙对总干渠的磨损威胁仍然存在，涡管排沙的局限性决定了泥沙处理系统的不完整性，结合金沟河特殊地理位置和泥沙情况的分析，1998年通过模型试验，大胆运用高效节水的排沙漏斗新技术，在总干渠上新建排沙漏斗一座，通过渠首冲沙闸、涡管和漏斗联合运行，经过泥沙处理系统流入下游的水除了泥和部分流沙外，基本没有推移质，泥沙处理达到了较好效果。由冲沙闸、涡管和漏斗共同组成了金沟河泥沙处理系统，具体布置见下图。

三级排沙系统布置图

3.2 系统运行效果

为实际证明泥沙处理系统的效果，金沟河委托相关权威部门对泥沙处理系统运行数据进行了监测，见下页表。

监测数据说明，涡管处理的推移质泥沙为0.285万t，漏斗处理的推移质泥沙为0.356万t，涡管和漏斗合计处理推移质泥沙为0.641万t，经联合运行，涡管处理推移质泥沙占运行时段内总来沙量的43%，漏斗处理推移质泥沙占运行时段内总来沙量的56%，推移质泥沙处理率达99%，效果较好。同时监测到0.25mm以上悬移质处理为70%，0.25mm以下悬移质处理为55%，排沙年均消耗水量占总引水量的4.5%，水量消耗低。实践证明由冲沙闸、涡管和漏斗共同组成的泥沙处理系统是科学可行的，基本解决了困扰金沟河发展的泥沙问题。

引水枢纽干渠涡管漏斗时段推移质泥沙测验成果表

4 经济效益评价

金沟河泥沙处理系统的建立和运行，为灌区提供了可靠稳定持续的灌溉水资源，发展了地方经济，便利了单位管理，经济和社会效益明显。

4.1 节约了工程运行管理成本

泥沙处理系统的运用，极大地降低了泥沙对总干渠的磨损，自1998年至今，没出现垮渠事故，总干渠水面线以下没有发现破损性磨损，渠道完好率达99%，每年节约总干渠维修费约200万元。同时由于泥沙量的减少，总干渠泥沙淤积量和各引水段面泥沙处理量为0.6万m3，相比泥沙处理系统运用前的2.7万m3减少了2.1万m3，每年节约清淤费约6万元。水库淤积量为2.5万m3，较系统运行前的10万m3减少7.5万m3，每年减少清淤费23万元。

4.2 增加了单位的水费收入

泥沙处理系统运用后供水保持持续稳定，完好的水利工程促进了供水能力的提高，每年单位在完成因垮渠损失的2500万m3引水指标任务的同时，新增引水量1500万m3，灌区灌溉保证率提高了20%左右，相比系统运行前，单位每年可多实现水费收入240万元，经济实现了增收。

4.3 提高了灌区收益

灌区农业灌溉用水保证率的提高，实现了农业增产和农民增收的目的。自1998年以来的10年间，灌区调整了种植结构，减少了耐旱作物种植，增加了经济作物种植。多年实现棉花增产26%，农民增收65%，棉花增产量500kg/hm2，按市场价7元/kg计算，增收3500元/hm2，按金沟河灌区棉花种植面积25600hm2计算，年增收8960万元;玉米增产24%，农民增收50%，玉米增产1120kg/hm2，按市场价2.5元/kg计算，增收2800元/hm2，提高了灌区经济收益率。

4.4 改善灌区生态环境

由于供水保障率的提高，2002～2010年，金沟河每年向灌区3500hm2生态林提供水资源800万m3，生态林年增加灌溉水量2200m3/hm2，生态林的大面积建设，防止了水土流失和土地的沙漠化，改善了灌区居民生活环境。同时通过采取总干渠排沙和在田间建沉沙池沉沙相结合的措施，灌溉水水质得到了改善，水质清洁且含多种适合作物生长的维生素，节约了土地改良资金投入，防止了土地沙化、盐碱化，灌区土地越来越肥沃，形成了良好的灌区种植环境。

5 结语

金沟河是我国重要的粮棉生产基地，多年来为新疆地方和兵团经济发展作出了重要的贡献。随着流域水资源的不断开发和利用，困扰金沟河发展的泥沙问题通过采取建设泥沙处理系统工程的办法进行了解决，并取得了较好的效果，确立了金沟河流域在灌区管理中的主导作用，赢得了灌区的支持和尊重，为水利的可持续发展提供了保障，同时金沟河泥沙处理系统的建设也为新疆多泥沙河流提供了思考和借鉴，具有一定的推广意义。

1 张开泉，刘焕芳.渠道上的涡管排沙工程［J］.四川水利，1998(2):19－22.

2 李旗进，王金魁，等.金沟河引水渠渠首排沙系统运行管理［J］.人民长江，2009(15).

3 王忠，谢富明，栾文，等.新疆金沟河渠首解决泥沙入渠的措施及效果［J］.中国农村水利水电，2006，(10):7 －8.