从干渠扬水导致末级渠道淤积的问题及解决方法

从干渠扬水导致末级渠道淤积的问题及解决方法



　　一、 基本情况

　　固海扬水工程是宁夏二十世纪建设最早、规模最大、最成功的一项为解决宁夏中部干旱带人畜饮水和生活贫困的公益性工程，迄今在宁夏扬水史上，始终起着示范带头作用。

　　固海扬水工程横跨中宁至固原五县市，从黄河取水，总设计流量28.5立方米/秒，有11级扬水，泵站24座，总净扬程342.74米，干渠总长286公里;总装机容量99890千瓦，700多座水工建筑物。灌溉面积已达62.5万亩，灌区内受益人口24万多人，大家畜2万多头，羊只20多万只。在大旱之年，周边地区农民用车拉驴驮等方式解决约5—6万人，10万头牲畜、羊只的饮水问题。固海扬水工程被形象地称为宁南中部干旱人民的“生命工程”、“希望工程”。她为宁南山区的脱贫致富、生态环境建设和社会稳定做出了巨大贡献。固海扬水工程自建设投入运行以来近30年来，在宁夏中部干旱带人民的共同努力下，使昔日荒芜的土地呈现出了一片绿洲，在宁夏创造出了又一个“塞上江南”。

　　二、 渠道现状及存在的问题

　　1、 现行渠道管理模式

　　由于灌溉管理实行“统一领导，分级管理”的管理体制，管理处只负责主干渠的水量统一调配。支渠以下直开口及渠系由县乡级水管单位负责管理。

　　2、 末级干渠存在的问题

　　固海扬水工程分布在清水河两岸，有主干渠22条，其中：中间级渠道17条，末级渠道5条。固海扬水工程每年从黄河提取水达到3.4亿立方米左右，渠道年的输沙量达到近93万吨(平均泥沙含量达到26.9kg/m3，近600万立方米)。泥沙对各级水泵的气蚀、磨损造成损失非常大，对渠道淤积造成的危害也非常严重，尤其是固十干、同三干、长三支干、同支干等四条末级渠道淤积问题(唯一没有淤积的是东三支干渠)，仅每年淤积量就达到10~20万立方米，投入清淤资金就达30万元之多，近30年来累计清淤投资达数百万元之多，给管理单位管理造成很大经济负担，我认为也是扬水工程设计时留下的败笔。

　　由于水流速度太慢，水流挟沙能力逐渐减弱，造成渠道越到后段淤积越严重

　　三、 渠道淤积的成因分析

　　1、 河水中的泥沙

　　黄河以泥沙而在世界闻名，治理泥沙的问题也是世界性的难题。泥沙从黄土高原流走，也带走了黄土高原人民的致富希望。

　　根据资料统计，每年仅从宁夏黄土高原冲走的泥沙就达1亿吨，清水河为最大,约为0.5亿吨，平均含沙量229 kg/m3，侵蚀模数每平方公里3410吨，年流失有机质38.5~50万吨，折合氮肥1923-2308吨、磷肥1000~1154吨，地皮被剥去1厘米，每形成1厘米的表土需要100~400年才能形成的一次性资源，就这样永远的丧失了。有多少仁人志士为了泥沙不再从黄土高原流失研究者从黑发到白发，可是，黄河依旧是“黄”。

　　固海扬水工程的取水口在宁夏中宁县泉眼山北麓，黄河右岸，在同侧的清水河入河口下游约1.5公里处(固海扬水工程设计时留下的又一败笔)。根据作物灌溉情况，每年固海扬水工程取水日期从4月到11月，6-8月是汛期，也是取水高峰。清水河上游地区降雨，造成洪水挟带着大量的柴草、泥沙一起下泄进入黄河，在黄河的右侧，由于清水河水中柴草、泥沙含量影响，经常造成泉眼山首级泵站拦污栅被堵死，电机严重过负荷，被迫停机事故发生。据测最大泥沙含量达到380kg/m3之多。黄河的泥沙属于悬移质泥沙，从一干渠到末级渠道，泥沙随水流带入渠道，泥沙含量相对处于均衡状态，有水流到的地方就有泥沙，绝大部分泥沙随着渠道配水斗口中途带出。在中间各级渠道，设计比降选取比较合理，输水量和泥沙基本稳定，V实≥V设 ，渠道没有产生淤积。而对于末级渠道，由于水量逐渐减少，V实≤V设，所以，末级渠道产生淤积。

　　2、渠道沿线的风沙

　　由于固海扬水工程渠道很多地方是经过风沙区或沙漠地带，每到冬春季节，由于草原植被毁坏严重，肆虐的风沙冲沙入渠，严重时可把渠道填平，尤其是同一干、同三干、长三支干渠。春季配水通过斗口把泥沙带出干渠一部分，另一部分被水流带到下游，造成末级渠道淤积。

　　3、水量调配不合理

　　由于渠道各斗口控制的面积及种植作物变化较大，灌区实行的灌溉方式是续灌，造成灌溉时水量调配不均匀，不能达到集中到下游灌溉水冲沙，因此，在末级渠的下游出现了淤积。

　　3、 田高渠低造成淤积

　　随着灌区的不断发展，渠道设计的控制面积逐步开发结束，而控制不到的高地灌溉面积，一般高于设计水位30-100厘米之间。农民为了种植这部分土地，不得不采取人为在渠道上加设闸(坝)的形式来抬高水位，进行灌溉，这样在原来较大的渠道断面条件下，由于水位抬高，出现V实≤V设情况，渠道产生淤积，最典型的就是固十干渠。

　　四、解决淤积的办法

　　针对末尾渠道出现淤积情况进行了以上四种情况，最根本的原因还在于V实≤V设，解决的办法有以下几种：

　　1、首先从设计着手：解决末级渠道淤积的根本问题，我认为在工程初始设计时，设计部门就要应该考虑，不能再按照常规干渠的比降取值在1/4000~1/6000范围，而是取值要在1/3000~1/2000范围，V设要提高一个级别，不在干渠上设置节制闸等抬高水位灌溉，使V实≥V设 ，使渠道水流顺畅，渠道就不会产生淤积。

　　2、改变渠道的输水断面形：对于黄河泥沙问题，是无法改变的现实。如果采取主动的方法，在渠首设置大型沉沙池，进行沉沙、冲沙，条件具备了效果一定好，同时对水泵的磨损、气蚀也会小很多，每年的维修量一定会下降。但是对于这样大引水量，经过计算进行比较，处理泥沙投入的工程费用太高，且管理运行难度非常大。几年来，只好采取被动的方法，我处研究了利用泵内喷涂环氧金刚砂和制作聚胺酯口环等几种办法，进行了一些有益的探索，在水泵气蚀，减少维修次数提高水泵效率等方面取得了一定的实效，但是，末尾渠道淤积依旧是最大的难题。由于渠道的设计控制灌溉面积已经确定，改变末尾渠道的比降是不可能的。目前仅仅还有唯一的办法就是利用水力学的一些基本原理，改变渠道的输水断面形式，达到提高流速减少淤积的目的。

　　对于具体工程实际，我们对长三支干渠进行了改造，采取优化渠道断面的形式，设计成U型。

　　取设计断面尺寸为：H=2R≈1，&(圆弧夹角)=1520，接近于水力最佳断面，既便于施工，又节省材料，成形后的渠道具有较好的输水输沙和抗冻胀能力，达到改善目前灌溉渠道淤积的目的。

　　计算比较不同形态断面渠道输水能力：

　　可以看出，在相同条件下，U型渠道的输水能力是最强的。

　　3、科学合理调度：在末尾渠道灌区采取轮灌机制，集中水流灌溉，利用“束水攻沙”原理，使V实≥V设 ，把渠道内的悬移质泥沙随配水水流带出渠道，渠道就会减少淤积。

　　4、种草种树，防风固沙，绿化环境：减少周边因风带沙入渠的条件，减少渠道淤积。

　　5、加强渠道日常维护，及时清理渠道边坡上的杂物，停水后要及时清除渠道内的淤积物，使渠道水流畅通，减小渠道糙率，减少淤积条件。

　　6、严禁在干渠内设彰抬高水位，高地采取其他办法灌溉，减少人为的渠道淤积，东三支没有淤积就是很好的例证。

　　五、 几年来的实践结论

　　几年来，在固海扬水渠道上，通过合理的水量调配，采取“束水攻沙”原理和利用冬、春季上水时相对黄河来水含沙量较少的情况，把夏、秋季淤积的泥沙冲走，减少了一些渠道清淤，取得了一定的经济效益。但是，还不能从根本上解决末尾渠道的逐步淤积问题。要从根本上解决末级渠道淤积问题，就要从容易被忽视的设计源头抓起，采取一系列的综合措施，末级渠道淤积问题一定能够得到彻底解决，对管理单位后期的管理带来便利。