新疆苏塘灌溉工程泥沙梯级处理设计

方 毅，宣斌德

（农二师设计院有限责任公司，新疆 库尔勒 841000）

1 灌区概述

新疆兵团南疆新建团场38团苏塘灌区位于新疆巴音郭楞蒙古自治州且末县莫勒切河下游平原区，灌区东西长约49.1 km，南北宽3.2～12.5 km。灌区规划总面积9.886万hm2，其中项目区外工程占地0.5527万hm2，项目区面积为9.333万hm2，其中生态保护区5.3333万hm2，重点开发区4万hm2，形成净灌溉面积2万hm2，一期建设灌溉面积1.2万hm2。苏塘灌区的发展是在保证粮食生产自给有余的前提下，发展经济效益较高林果业，主要经营红枣、伽师瓜等特色瓜果产品。

鉴于灌区多风沙灾害，考虑到灌区种植模式，且灌溉季节4至7月多大风天气，灌区主栽作物为红枣、伽师瓜等，结合流域及灌区地形地势，灌区灌溉方式为自压滴灌。

2 流域特征

苏塘灌区位于莫勒切河下游，莫勒切河流域地处塔里木盆地南缘，东以车尔臣河分水岭为界；西至安迪尔河分水岭；南起昆仑山的阿孜塔格冰川和阿尔金山的箭峡山分水岭，北面延伸至塔克拉玛干沙漠的南缘，水资源分区属于西北内陆河系昆仑山北麓诸小河区克里雅河流域。

流域南部为强烈隆起的昆仑山脉，4800 m以上的高山区，被现代冰川、积雪覆盖，冰蚀地貌和重力堆积地貌显著，其山脊呈线状，山顶多尖棱状，沟谷侵蚀切割强烈，山坡陡峻。北部为山前冲洪积平原，地形较平坦，分布高程2000 m左右。流域山体高大、陡峻。上游河谷宽达300～500 m，卵石河床，两岸为基岩；从河源至出山口河长79 km，纵坡1/50～1/80。源流区平均高程4259 m，最高点四岔雪峰海拔6748 m，河流出山口高程约2300 m。河流出山口后向北流约20 km处分为东西两支，西支流向民丰县，东支流向苏塘。

莫勒切河引水渠首断面以上集水断面2422 km2，河长81 km，多年平均含沙量12 kg/m3，多年平均输沙量253万t，侵蚀模数1044 t/km2，输沙率80 kg/s。

3 水利工程布置

通过水利工程建设方案的比选，确定灌区一期水利工程的布置自上而下为山区水库—输水干渠（梯级电站）—首部沉砂池—灌区灌溉管网。

为了早日让38团担负起塔里木盆地南缘地区的生产和社会稳定的双重责任，根据《总体规划》的安排，灌区自2009年起进行建设。由于山区水库的建设期较长，为了保证2009年进行开发，在河道出山口下游10 km处建设引水渠首1座。

在山区水库尚未修建好之前，引水渠首起临时引水口作用，干渠起点接引水渠首，干渠末端投入首部沉沙池，渠道全长53 km；在山区水库修建完成后，干渠起点接山区水库坝后电站尾水渠，干渠全长62 km。因此，灌区初期水利工程的布置自上而下为引水渠首—输水干渠（梯级电站）—首部沉沙池—灌区灌溉管网。

4 泥沙梯级处理

4.1 渠首泥沙处理措施

引水渠首型式为底拦栅式，枢纽由溢流坝、冲沙闸、底栏栅、进水闸及上、下游护岸等建筑物组成，进水闸后设沉沙条渠，条渠末端设排沙闸及渠道进水闸。

引水渠首位于水文站下游水流较集中的河段内，此段河道河床稳定，顺直，水流集中，河道宽70 m左右，河床与一级阶地的高差为20 m左右。河床与一级阶地的高差为13 m左右，河道凹岸位于右侧，与取水口同侧，修建渠首便于引水排沙。该段河道地质条件较好，为砂卵石地基，河床质d50标准值为27 mm。由于该河流缺乏足够的水文资料，没有推移质颗粒组成的实测资料，因此，在对推移质的颗粒组成进行分析时，通过对该断面河床内的沉积物进行分析，以便工程设计时进行参考。渠首断面河床质颗粒组成见下表1。

表1 渠首断面河床质颗粒组成粒径百分率

从上表可以看出，渠首断面河床质以粗颗粒为主，其中粒径大于8 mm的颗粒含量占68.4%。该引水渠首栅条间隙为8 mm，因此能够较好的防止大量推移质进入干渠，能够有效的减少入渠量。

为进一步减轻泥沙对下游干渠的磨蚀破坏，在渠首进水闸后设置沉沙条渠，条渠长200 m，水面纵坡为1/500，渠底纵坡为1/200，条渠末端干渠进水闸底板高于排沙闸0.8 m，冲沙时流速2.1 m/s。

4.2 梯级电站泥沙处理措施

干渠2+850下游3 km范围内沿河岸布置2座梯级电站，利用干渠引水发电，发电后尾水继续进入干渠，流向干渠末端的灌溉首部沉沙池。

在经过底栏栅、条渠两级初步泥沙拦截后，干渠来水泥沙含量仍然较大，颗粒粒径仍然较大，必须进行进一步泥沙处理。根据DL/T 5107-1999《水电水利工程沉沙调节池设计规范》P11页表6.1.3，对河流引水式水电站沉沙池最小沉降粒径在水电站额定水头小于100时，设计最小沉降粒径为0.35 mm。

因此，在干渠2+650处布置1座箱型沉沙池。箱型沉沙池共设3个池室，单个池室净宽5.0 m，进口控制段长4.5 m，工作段长68 m，前段长8 m，池底坡降1/4，后段长60 m，池底坡降1/40。单池工作流量 4.0 m3/s，排沙流量0.4 m3/s，运行工况为双室沉沙，单室冲沙，交替运行。设计入池含沙量标准So＝4.71 kg/m3，设计出池含沙量标准S≤1 kg/m3，大于等于允许粒径0.35 mm的泥沙沉降率不小于90%。

4.3 首部沉沙池泥沙处理措施

沉沙调节池为莫勒切河引水干渠的末端和灌区自压管网干管的起点，为灌区自压滴灌的灌溉首部，主要作用是沉淀干渠引水挟带的泥沙，沉沙调节池容积419.95×104m3。引水干渠、干管在工程布置上分别位于沉沙调节池的东、西侧，相距1.5 km，使进口与出口相距较远，以利于泥沙沉积。

为防止沉沙池内淤沙进入灌溉输水总干管，对灌区微灌系统不利，需进一步设置泥沙处理设施，在沉沙调节池放水涵洞前设挡沙墙形式，以保证淤积泥沙不进入涵洞，使灌溉总干管引取清水。

挡沙墙设于放水涵洞前，采用竖井式结构，长10 m，宽10 m，高7.6 m，在运行初期设计水位至沉沙池寿命期末，设计水位之间的墙体高度内设置数量众多的边长为0.2 m的进水方孔，孔中心与孔中心的距离为0.5 m。挡沙墙工作时，随着淤沙高程的逐年增加，在每年沉沙调节池放空期，封堵来年淤沙高程以下的过水方孔形成挡沙墙，利用挡沙墙上方的预留方孔进水，满足下游涵洞引水。

为防止浮游生物等游离物进入灌溉管网，堵塞下游滴头，在挡沙墙外围围裹尼伦滤网，每年定期清洗、更换。

5 泥沙处理总结

莫勒切河是一条多泥沙河流，引水渠首下游布置梯级电站，渠首与灌溉管网首部沉沙调节池之间距离长达53.4 km，干渠长，流速近4.0 m/s，首部沉沙池库容小，而且下游灌区是一个纯自压滴灌灌区。因此，根据工程布置及各工程运行安全及寿命要求，必须处理好泥沙问题。

泥沙处理时，由于不可能一次处理到位，在设计时，根据各工程的运行要求，依次分步进行处理。首先，根据渠道输水抗磨蚀要求，在渠首布置底拦栅、冲沙闸及沉沙条渠、排沙闸等，减少入渠泥沙量，阻止大颗粒泥沙进入干渠；第二步，为防止泥沙对电站水轮机叶片造成过量磨蚀，在电站上游的干渠上设置箱型沉沙池，使水中泥沙含量及颗粒大小满足发电要求；第三步，为满足灌区自压滴灌的水质要求，在灌溉首部设置沉沙池，进一步沉淀水中泥沙，在放水口设置滤网，防止浮游生物等进入灌溉管网。

通过以上几步处理，使灌区灌溉用水由高含沙量水变为清澈见底的能够满足滴灌要求的优质水，保证了灌区的可持续发展。

［1］宋祖诏，张思俊，詹美礼.取水工程［M］.北京：中国水利水电出版社，2002.

［3］新疆水利学会，新疆引水渠首［M］.乌鲁木齐：新疆人民出版社，1994.