引水渠首排沙技术在金沟河流域的应用探讨

孙显忠

(新疆沙湾县金沟河流域管理局水利管理中心，新疆 沙湾 832100)



引水渠首排沙技术在金沟河流域的应用探讨

孙显忠

(新疆沙湾县金沟河流域管理局水利管理中心，新疆 沙湾 832100)

立足于金沟河流域引水渠首泥沙处理现状及存在问题，对引水渠首排沙技术的应用进行相关探讨，提出应该实施防排结合的泥沙分级处理措施，并逐步完善配套工程设施，加强流域水资源管理，降低引水比，协调解决引水渠首防洪、排沙及引水之间的矛盾。

引水渠首排沙；防排结合；引水比

金沟河位于新疆塔城沙湾县境内，河流流经山区、冲洪积平原区，流归玛纳斯湖。根据石河子水文局水情预报，2015年金沟河八家户站平均流量为9.51 m3/s，年径流量为3.0×108m3，来水量比历年偏少2.87%， 比去年偏多14.90%，年径流量属平水年份，其中，6月至8月来水量20 356万 m3，比历年同期来水量偏少7.5%，比去年同期来水量偏多28.8%。根据历年同期金沟河渠首站与八家户站大河水量对比分析，金沟河6～8月间八家户站至金沟河渠首站水量沿途损耗约在20%～30%，6～8月金沟河渠首站来水量为16 285万 m3。

1 引水渠首排沙技术

1.1 排沙系统运行模式

按照“防排结合”原则[1]，引水渠首防沙排沙技术将泥沙立面多层分级处理方式与平面有效排沙两套系统结合起来，可达到多引水、少排沙的系统运行目的。考虑到金沟河流域泥沙含量达等实际情况，将所有泥沙集中在渠首进行一次处理难度很大，如采取多层分级处理方式则可大大降低处理费用。泥沙一般是按照“上稀下浓，上细下粗”规律在水流中分布，为此必须在进水闸前设置曲线型式的挡沙坎和拦石栅，防止上游下泄泥沙流入干渠，并使进水闸底板与水流表层及排沙闸底板与水流底层均保持一致高程，以达到较好的分层取水防沙排沙效果[2]。

将流域内以推移状态运动的中粒径卵石以上泥沙通过在进水闸前设置曲线型式的挡沙坎和拦石栅方式在闸前河床内进行处理，使其沉积在拦石栅前并进行及时排除，此为泥沙Ⅰ级处理。如上述拦石栅前所沉积的泥沙未能及时排除，就会有一部分泥沙随着水流经过进水闸进入引水干渠，所以在引水干渠设置沉砂池，待含沙水流进入后分选沉降，逐渐沉积于沉砂池中，定期对其进行机械清理或通过排沙涡将其排入输沙道，此为泥沙Ⅱ级处理。沉砂池中沉积的泥沙在清理前会有部分进入引水干渠，在距离原河床不远处沉积，在此布设排沙漏斗或3、4#排沙涡管以便将泥沙排入河道，此为泥沙Ⅲ、Ⅳ级处理。

渠首泥沙经过上述处理后，已经将推移质泥沙处理殆尽，剩下的仅为粒径较小且数量较少的悬移质泥沙，其对渠道磨损程度大大减轻，已无造成农田沙化的危险。

1.2 沉砂池深度计算

根据金沟河流域引水渠首特性，结合多年经验并根据《引水渠首排沙设计规范》(GB50286-2013)进行沉砂池深度计算，公式如下：

式中：hs为从河床面算起的沉砂池深度(m)；H0为沉砂池处的水深(m)；Ucp为近岸垂线平均流速(m/s)；Uc为泥沙起动流速(m/s)；对于黏性和砂质渠底可采用张瑞瑾公式计算；对于卵石起动流速，可采用长江科学院的启动公式计算；U为行近流速(m/s)；n为与引水渠首在平面上的形状有关，取1/4～1/6，此处取1/4；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡夹角α查规范表采用。当折冲角为30°时，η取1.5，当折冲角为45°时，η取2.0。沉砂池深度计算结果见表1。

1.3 排沙系统运行方案

实践表明，引水渠首排沙系统运行管理水平对排沙效果有直接影响，工作人员根据金沟河引水渠首不同时期、不同水量及不同泥沙运行情况，结合排沙技术与排沙设施特点，制定并完善各级排沙设施操作规程，不断探索并总结出一套科学合理的系统运行模式(表2)，保证了多引水、少排沙系统运行目的的实现，对减少泥沙入渠，延长工程寿命并发挥工程效益起到积极作用。

表1 各断面沉砂池深度计算表

表2 “冲沙闸-沉砂池-涡管-漏斗”联合排沙模式[3]

表3 金沟河灌区排沙系统2007～2010年排沙运行效果 万t

1.4 排沙系统运行效果

金沟河流域引水渠首排沙系统排沙效果显著，据统计，该系统可实现34.81万 t的年平均排沙量(表3)，使灌区农业用水保证率大大提高。根据2010年5～8月石河子水文局对金沟河引水渠首所进行的排沙实验及对入渠泥沙沙洋所做分析表明(表4、表5)，引水渠首总来沙量为8.978万 t，其中推移质泥沙占比7.14%，悬移质泥沙占比92.86%，排沙漏斗与涡管的排除率均为100%，粒径在0.25 mm以上且对水利工程存在危害的泥沙排除率为70.5%，粒径在0.25 mm以内无危害泥沙排除率为55.9%。

表4 渠首引水干渠悬移质泥沙测验成果(2010年5～8月)

表5 渠首引水干渠推移质泥沙测验成果(2010年5～8月)

2 结语

金沟河引水渠首引水比较高，是工程正常运行的隐患所在，近几年来，由于汛期引水比较高，Ⅰ级排沙设施主干排沙作用难以顺利发挥，导致大量泥沙在输沙道尾端堆积，输沙道拥堵经常发生，排沙设施长期超负荷运行，磨损严重，隐患较多。实践表明，为发挥引水渠首排沙系统的整体效能，减轻渠道磨损及淤积，协调引水、排沙、防洪等矛盾，必须对泥沙进行Ⅰ级处理为主，Ⅱ、Ⅲ级处理为辅，Ⅳ级拦截的分级处理方式，注重防排结合，同时完善配套工程设施，加强水资源统一管理，降低引水比。

[1]王金魁，李旗进，孙显忠.金沟河引水渠首泥沙处理技术[J].水利水电技术.2010(9):28-30.

[2]李旗进，王金魁，邓平华.金沟河引水渠渠首排沙系统运行管理[J].人民长江.2009(9):87-89.

[3]逄焕春.新疆玛纳斯河弯道式引水渠首引水防沙技术研究[J].水利规划与设计.2013(8):51-52.

2016-11-29

孙显忠(1974-)，男，山东即墨人，工程师，主要从事水利工程渠首枢纽运行管理工作。

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