尊村引黄灌区渠道泥沙含量与粒径级配研究

魏杨 欧阳前超 周霞 张超波

摘要尊村引黄灌区是山西省一座大型多级提水灌溉工程。由于所引黄河水的泥沙含量较高，导致灌渠泥沙淤积问题十分严重，影响到了渠道的正常运行。为了掌握灌区渠道水沙分布规律，缓解渠道淤积问题，在尊村二干渠设立7个观测面开展泥沙含量与粒径级配观测和分析。研究结果可为灌区管理和节水减沙工作提供参考依据。

关键词渠道；含沙量；颗粒级配；尊村

中图分类号S274文献标识码A文章编号0517-6611（2017）31-0205-02

AbstractZuncun Irrigated Area of Yellow River Diversion Project is a large multistage project for irrigation in Shanxi Province. Because of the sediment concentration of the Yellow River is higher， the sedimentation problem of irrigation canal is very serious， affecting the normal operation of the canal. In order to grasp the irrigation canal of distribution regularity of water and sediment and ease the aggradation of canal， seven observation surfaces in Zuncun secondary trunk ditch was set up to monitor water and sediment in this study. The study results can provide a basis for irrigation district management and watersaving and sediment reduction.

Key wordsIrrigation canal；Sediment concentration；Sand grading；Zuncun

引黄灌溉事业经过60多年的发展，黄河的灌溉面积已达733.23万hm2，占全国灌溉面积的13.8%[1]，引黄泥沙在灌区内有33%淤在沉沙池，35%淤在干渠渠道[2]，引黄灌区渠系淤积已经成为一个很严重的问题[3]。黄河的主要特征是水少沙多，引水必引沙，远距离泥沙输送是解决泥沙问题的关键之一[4]，引黄灌区渠系泥沙淤积很严重，降低了渠道的输水输沙能力，影响了灌区的正常运行，尤其是高扬程提水引黄灌区渠道此问题颇为突出。因此，深入研究高扬程提水灌区渠道的水流挟沙特性，研究引黄灌区渠系水沙分布规律，可为灌区调度运行方式提供技术支撑，对于合理利用黄河水沙资源、优化灌区管理和节水减沙工作，促进引黄灌区的可持续发展具有重要意义。

1研究区概况

1.1基本情况

尊村灌区是山西省一座大型多级提水灌溉工程，1976年动工兴建，1978年上水受益。渠首枢纽工程位于永济市西北黄河小北干流中段的尊村咀上，上距禹门口78.0 km，下距潼关54.5 km。灌区主要受益范围为涑水河流域的永济、临猗、盐湖、夏县、闻喜五县（市、区）的44个乡镇，596个行政村，农业人口74.11万人，总耕地面积12.47万hm2。同时还承担着运城市城市和工业供水任务。该工程建设规模为九级三十一站，设计扬程165.44 m，总装机6.14万kW，设计提水流量46.50 m3/s，设计灌溉面积1107万hm2。灌区总干渠1条，长113.554 km；分干渠5条，长136.753 km；支渠134条，长776.589 km[5]。

1.2试验方法

该试验研究灌区在分干东下段，研究区总长为5 767 m，铺设的研究断面为7个，二干渠为预制砼板防渗的梯形断面，渠道纵坡1/4 000。

观测面的选择：在干渠前段合适的位置从渠首往渠尾方向选取了7个观测断面分别进行标记，1号至2号断面，3号至7号断面之间的渠道为直线段，2号至3号断面之间有弯道，2号和3号断面分别在弯道的上下游处，且前3个观测断面地势较高、水面较宽、渠道较深，后4个观测断面地势较低、水面较窄，渠道平缓。对选取的断面进行断面平均含沙量、悬沙级配的观测与分析。泥沙粒径级配采用马尔文激光粒度分析仪测定。

观测点的选择：渠道水深绝大部分时间内在1 m左右，考虑到取样的每个断面只选取5个观测点，断面取点示意图如图1所示。

泥沙的测量方法有很多[6]，该研究采用横式泥沙取样器取样，每个点上取样2次，点1、2、3在渠道两侧和中间，水面刚淹没取样器时；点4在渠道轴线上，在渠道半深处且淹没取样器时；点5在渠道轴线上，取样器刚沉到渠底时。取回的水样，每个点取200 mL过滤，先将滤纸和湿沙风干然后用烘箱烘干，再记录相关数据，按下列公式计算含沙量：

为解决黄河水源泥沙含量大的问题，灌区于2003年在一干段修建容積为290万m3的湖泊形沉沙池一座，运行初期沉沙效果较好，由于经过近十年运行现已淤积约200万m3，沉沙效果明显下降。而2008年在沉沙池进水口配套的廊道式排沙工程，虽将大部分粗沙排至护岸内河道，但沉沙池仍存在出口含沙量偏高及处理后的水流无法自流至沉沙池出水闸等问题。

2.2观测泥沙含量

表3为泥沙在7个观测断面的5个位置的含量。渠道的平均含沙量变化范围在0.637～0.813 kg/m3，较多年平均含沙量（2～3 kg/m3）低，因为多年含沙量数据观测数据来自于渠道一级站或距离黄河较近的渠道水文站，泥沙在进入渠道后开始逐渐淤积，在渠道输送过程中，泥沙含量逐渐减少。可见，黄河引水来沙量较大，渠道在长期灌溉过程中的淤积泥沙量也较大。

2.3泥沙颗粒级配

泥沙颗粒级配是影响泥沙运动的重要因素，在河道整治与防洪、灌溉、渠道冲於平衡等研究时，都需要了解泥沙颗粒级配的资料。

按美国制计算细沙粒径为0.01～2.00 μm；中沙粒径为2.00～50.00 μm；粗沙粒径为50.00～2 000.00 μm。渠道细沙所占比例平均值为23.02%，中沙为66.68%，粗沙为1030%。由图2可以看出，在观测渠段内中沙所占比例整体上有所增大，细沙所占比例变化幅度不大，而粗沙所占比例有所减小。断面4至断面5渠段各组分泥沙所占比例有明显的变化，推测由于断面4后面的渠道相较前面的渠道过水断面面积变小，水流流速变大，渠道受到一定程度的冲刷，渠底淤积的沙被冲起，导致渠段内中沙和粗沙所占比例增大，细沙比例减小。

3结论

观测断面的引水中细沙偏多，渠道的平均含沙量较历史

多年平均含沙量低，由于渠道部分经过改造部分仍维持天然形态，含沙量变化无明显规律；不同引水条件的引黄灌区，其引沙粗细也有所不同，该研究灌区引水中细沙所占比例达到了89.70%，粗沙所占比例只有10.30%，且细沙含量变化不明显，粗沙含量沿程呈递减的趨势，泥沙整体的淤积情况良好，其证实了一干渠首的沉沙池和西下村段部分渠道的改造起到了良好的效果。

参考文献

[1] 曹文洪，戴清，方春明，等.引黄灌区水沙资源配置理论与关键技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[2] 蒋如琴，戴清.黄河下游引黄灌溉及发展对策[C]//中国水利水电科学研究院，台湾大学，美华水利学会.1997第三届海峡两岸水利科技交流研讨会论文集.北京：IWHR，1997：312-321.

[3] 钱宁，万兆惠.泥沙运动力学[M].北京：北京科学出版社，1983.

[4] 贾希春.黄河引水灌区渠道泥沙处理措施[J].宁夏农林科技，2009（5）：36-37.

[5] 刘贤娟.黄河尊村灌区泥沙问题研究[J].广东水利电力职业技术学院学报，2007，5（3）：55-58.

[6] 水利部水文局.江河泥沙测量文集[M].郑州：黄河水利出版社，2000.

[7] 运城市水利勘测设计研究院.山西省尊村灌区续建配套与节水改造工程总体可行性研究报告[R].2013.