水洛河生态治理项目泥沙处理技术探讨

张 佳

（甘肃省庄浪县水务局，甘肃庄浪744699）

1 水洛河生态治理项目中泥沙处理技术难题

1.1 泥沙处理技术难题

黄河流域是我国含沙量最大的河流，因此泥沙问题是黄河流域治理中存在的最大问题，黄河中含量较大的泥沙严重威胁着黄河流域特别是中下游地区群众的生命和财产安全。在多泥沙的河流中，泥沙的沉积对河流景观设施、水库库容、水轮机的磨损等会造成巨大的影响。要治理黄河流域，泥沙处理是关系到工程建设成败的关键。庄浪县水洛河属黄河流域渭河水系三级支流，该流域属山区性河流，水土流失较为严重，所以应做好水洛河生态保护与治理。建设生态河堤、生态沟渠和人工湿地就要建设蓄水坝，但是蓄水坝很容易在汛期淤积大量的泥沙，河道清淤工作量多难度大。因此，合理设计冲沙设施，使其发挥最佳的排沙和行洪作用，对水洛河生态治理工程建设至关重要。

1.2 渠式冲沙槽在河道水景观应用中存在不足之处

黄河流域生态治理项目人工湿地工程中蓄水坝采用分槽式，即把蓄水坝用隔墙分为蓄水坝和冲沙槽两部分，大多数冲沙槽采用渠式结构，相当于一个在出口安装有闸门的矩形渠道，结构简单，施工容易，但是去除泥沙效果不好。因为水流从进口流入，从一侧流出到蓄水坝，水流在冲沙槽中流速虽然低，但却是流动的，并不是静止的，大的沙粒在冲沙槽中会沉淀下来，而细小的沙粒会随着低速的水流流动到蓄水坝，致使蓄水坝内的水不太清澈，影响河道景观工程的效果。

2 冲沙槽改进方案

为了解决蓄水坝小洪水和非汛期泥沙淤积问题，为坝内提供较良好的水质，增加河道内的水景观，修复河道的生态，工程措施上采取折回式冲沙槽方式。通常布置在蓄水坝一侧，其作用是为蓄水坝起供水作用，具体是为蓄水坝的供水进入蓄水区前进行沉淀泥沙，兼顾泄洪的作用，能较好地避免泥沙入库，达到蓄水区蓄清排浑和防止淤积的目的。

3 折回式冲沙槽的布置及结构设计研究

3.1 工程布置

本次以庄浪县北洛河城区段3 个连续的挡水坝为例进行设计研究，挡水坝材质全部设计为液压坝，冲沙槽布置在左岸，槽总长150 m，结构为折回式，冲沙槽里设1 道中隔墙（隔墙宽0.25 m）把冲沙槽分成2 个小槽，即顺流槽和逆流槽，2 个小槽平行布置，每座坝相对应的冲沙槽槽尾设置2 个排沙闸，即顺流槽排沙闸和逆流槽排沙闸，两槽尾端是连通的，中隔墙在每个冲沙闸以上2 m 处断开；逆流槽进口设有1 个排洪闸，顺流槽槽底比降较大，为1/50；逆流槽槽底比降较小，为1/100；每道挡水坝对应的逆流槽外壁（靠近上游的部分）设置一个1 m×1 m 的溢流口（挡水坝进水口）。

3.2 结构设计研究

根据《甘肃省暴雨洪水图集》里的瞬时单位线法和明渠均匀流计算公式最后确定：冲沙槽总净宽10.25m，进口高2.0 m，出口高3.5 m，中隔墙宽0.25 m，顺流槽槽底比降为1/50，逆流槽槽底比降为1/100，顺流槽槽宽6 m，逆流槽宽4 m，逆流槽靠近蓄水坝的一侧设置1 个1 m×1 m 的溢流口（见图1）。

图1 冲沙槽平面布置

4 折回式冲沙槽工作原理及泥沙处理的方法

4.1 工作原理

分为汛期和非汛期，下面以连续3 个挡水坝为例进行说明。

4.1.1 非汛期立坝蓄水运行控制 非汛期期间，当上游来水含沙量较小（≤8 kg/m3）、水质较好时，挡水坝处于立坝状态，首先将最下游3#冲沙槽闸门关闭，其他冲沙槽闸门打开，上游导流渠将河道来水直接引入冲沙槽顺流槽槽内，顺坡流向槽尾，水流在冲沙槽内边流边沉积，经冲沙坝拦挡后折转向逆流槽槽内，逆坡向上流，大颗粒泥沙会在第一个槽内沉淀下来，小颗粒泥沙由于逆坡向上，根据水流和泥沙流动的特点，也会基本沉淀下来，沉淀泥沙后的表层清水通过3#坝进水口进入3#挡水坝蓄水区，蓄水区蓄满后，关闭2#冲沙槽冲沙闸，溢流进入2#挡水坝蓄水区进行蓄水；依次向上游挡水坝蓄水区全部蓄水。

4.1.2 汛期塌坝泄洪运行控制 在汛期，洪水来临时，小于10 年一遇时，由导流槽引入冲沙闸第一个槽内，提升起槽尾冲沙闸直接由顺流槽泄洪；大于10 年一遇而小于50 年一遇时，提升起逆流槽进口段排洪闸和槽内所有的冲沙闸，全部洪水从整个冲沙槽内下泄，蓄水区挡水坝原则上不塌坝运行；当上游河道来水超过50 年一遇流量时，所有冲沙槽闸门和挡水坝均塌坝，全河道泄洪；为避免洪峰过后泥沙在蓄水区淤积，当洪水流量减小至10 年一遇流量以下时，提升起导流坝，使小规模洪水全部从冲沙槽下泄。洪水过后，当河水变清、含沙量较小时，关闭逆流槽进口和3#冲沙闸门，冲沙槽可以再次进行沉沙，蓄水区立坝蓄水。

4.2 泥沙处理的方法

洪水期间小于10 年一遇的小流量洪水可以直接从冲沙槽内泄洪，大于10 年一遇的高速大流量洪水可以将冲沙槽进、出口端的2 个闸门全部开启，大于50 年一遇的超大流量洪水可将蓄水坝塌坝泄洪。对于冲刷不净还仍然沉积的泥沙，开启冲沙槽进口排洪闸，在进口用水泵抽取河道的来水，用高速水流方法冲到下游。

5 折回式优点

一是冲沙槽采用折回式，增加了冲沙槽的长度，从而降低了槽内水的流速，进水闸开启后，水流先由顺流槽顺坡流进，然后逆坡向上流，这样水流在极低的流速下由于动水压力几乎接近静水压力，水中的泥沙在重力作用下将有效地从水中分离出来，与通常用的渠式冲沙槽相比除沙效果优良。

二是小于50 年一遇的洪水，可以开启冲沙闸，从冲沙槽内下泄，大于50 年一遇的超大流量洪水可将蓄水坝塌坝泄洪，这样设计不但可以减少蓄水坝塌坝次数，还可以节约水资源，且不影响行洪。

三是进出口两端都采用闸门设计，不仅便于排洪控制，而且清理泥沙时由于分槽进行，不会造成槽内蓄水全部向下游排放现象，提高了供水效益。