蘇 龍

(新疆瑪納斯河流域管理局水利管理中心，新疆 石河子 832000)

瑪河是一條多沙河流，泥沙來(lái)源于降雨融雪匯流對(duì)流域面的侵蝕和水流對(duì)河道的沖刷，泥沙的年季變化大，降雨多，強(qiáng)度大，輸沙量就大，且含沙量分配集中，7～9月份占80%左右，為大量的懸移質(zhì)，摩擦力大，造成東岸大渠及瑪河下游水庫(kù)淤積嚴(yán)重。根據(jù)多年實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，瑪河年平均輸沙量為295.4萬(wàn)t，輸沙率為93.7kg/s，侵蝕模數(shù)636t/km2。由于上游新建了肯斯瓦特水利樞紐，蓄水?dāng)r截泥沙，樞紐下游泥沙含量已大量減少，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到城市景觀用水要求，因此此修建了瑪河?xùn)|岸沉砂池工程。進(jìn)入沉砂池的引水含砂率為1.85kg/m3，淤積物干密度2.73t/m3，出池泥沙泥粒徑不大于0.05mm，泥沙沉降率為80%。

1 工程布置

東岸沉砂池工程由沉砂池、側(cè)引渠、沉砂池進(jìn)水閘、側(cè)引渠進(jìn)水閘、沉砂池?fù)跛l、側(cè)引渠擋水閘和放空退水涵洞閘組成。2014年度實(shí)施，由石河子城市建設(shè)投資有限公司出資建設(shè)。其布置為：9km分水閘后布置沉砂池進(jìn)水閘與側(cè)引渠進(jìn)水閘，沉砂池進(jìn)水閘后為沉砂池主體工程，沉砂池左側(cè)布置側(cè)引渠，沉砂池末端布置退水涵洞閘，側(cè)引渠末端與矩形渠末端布置側(cè)引渠擋水閘與沉砂池?fù)跛l，擋水閘之后接跨瑪河渡槽工程。沉砂池工程平面布置圖見(jiàn)圖1；沉砂池建設(shè)完成后現(xiàn)狀見(jiàn)圖2。

2 沉砂池及其附屬工程運(yùn)行水利要素

水利沉砂池布置形式主要有廂式(條渠型)、排砂漏斗、圓中環(huán)沉砂排沙過(guò)濾池等。尤其是廂式(條渠型)沉砂池工程布設(shè)沒(méi)有特殊要求，對(duì)推移質(zhì)和懸移質(zhì)均有很好的沉淀效果，通過(guò)諸多類似工程運(yùn)行實(shí)踐看，是目前最為廣泛、技術(shù)成熟的一種沉砂水利設(shè)施；排沙漏斗只適合通過(guò)離心力沖出推移質(zhì)泥沙，對(duì)懸移質(zhì)泥沙基本不能排出，或者效果不佳；圓中環(huán)沉砂排沙過(guò)濾池在呼圖壁河青年渠首下游和碩縣布次河中型灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目中有引用，有使用效率高，節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，適用于內(nèi)陸干旱區(qū)多泥沙山溪性河流的灌溉引水排沙，但其運(yùn)行原理還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究，需建立相關(guān)的數(shù)學(xué)水力模型，量化設(shè)計(jì)參數(shù)，才能推廣并達(dá)到技術(shù)成熟。通過(guò)分析必選，結(jié)合瑪河來(lái)水實(shí)際，按照東岸沉砂池的處理要求、適宜性、工程成本等因素，通過(guò)綜合分析，得出廂式(條渠型)沉砂池優(yōu)點(diǎn)明顯，適合本工程的建設(shè)及運(yùn)行特點(diǎn)，故選擇該建設(shè)方案。

圖1 沉砂池工程平面布置圖

圖2 瑪納斯河?xùn)|岸沉砂池現(xiàn)狀圖

2.1 沉砂池主體工程

工作段池長(zhǎng)430.37m，底寬30.0m，內(nèi)邊坡為1∶2，起始池深6.7m，末端渠深7.15m，設(shè)計(jì)縱坡i=0.001。設(shè)計(jì)流量15m3/s，加大流量18m3/s，校核流量40m3/s。按年引水量5000萬(wàn)m3，進(jìn)入沉砂池水流含砂率1.85kg/m3計(jì)算，年淤積池容2.6萬(wàn)m3，年平均淤積厚度為1.8m，設(shè)計(jì)工作池容7.7萬(wàn)m3，總池容10.3萬(wàn)m3。

2.2 側(cè)引渠

總長(zhǎng)0.47337km，渠深1.8m，設(shè)計(jì)水深1.29m，設(shè)計(jì)流量5m3/s，V=1.19m/s，設(shè)計(jì)縱坡i=0.000566，底寬1.0m，內(nèi)邊坡為1∶1.75。

2.3 沉砂池進(jìn)水閘

向沉砂池引水，同時(shí)擔(dān)負(fù)著退水作用。共2孔，每孔凈寬4.5m，閘門采用平板鋼閘門，尺寸為b×h=4.5m×2.5m，設(shè)計(jì)水頭1.81m，設(shè)計(jì)流量15m3/s，V=1.53m/s；加大流量18m3/s，V=1.60m/s；校核流量40m3/s，V=1.98m/s。

2.4 側(cè)引渠進(jìn)水閘

共1孔，閘孔凈寬2.5m，閘門采用平板鋼閘門，尺寸為b×h=2.5m×3.0m，設(shè)計(jì)水頭2.65m，設(shè)計(jì)流量5m3/s，V=0.65m/s。

2.5 沉砂池出口擋水閘

共1孔，閘孔凈寬5.0m，閘門采用平板鋼閘門，尺寸為b×h=5.0m×2.0m，設(shè)計(jì)流量15m3/s，V=0.10m/s；加大流量18m3/s，V=0.10m/s，設(shè)計(jì)水頭1.77m。

2.6 側(cè)引渠擋水閘

共1孔，寬2.0m，閘墩高3.3m，閘門采用平板鋼閘門，尺寸為b×h=2.0m×2.0m，設(shè)計(jì)流量5m3/s，V=1.19m/s，設(shè)計(jì)水頭1.77m。

2.7 放空退水涵洞閘

設(shè)在沉砂池下游中部，具有放空沉砂池便于清淤維修和退水兩個(gè)功能。閘孔凈寬2.0m，高2.0m，長(zhǎng)37.65m，涵底縱坡0.00274，閘豎井高8.55m，工作和檢修閘門均采用鑄鐵閘門，尺寸為b×h=2.0m×2.0m，退水涵洞閘設(shè)計(jì)流量22m3/s，V=5.74m/s，設(shè)計(jì)水頭6.1m。

3 運(yùn)行規(guī)律分析總結(jié)

沉砂池采用水力沖砂，機(jī)械輔助清淤的工作模式。沉砂池設(shè)計(jì)出池泥沙粒徑不大于0.05mm，泥沙沉降率為80%。最小沖砂流量5.0m3/s，運(yùn)行采用“一年一清”模式。每年冬閑時(shí)期，通過(guò)側(cè)引渠引水，放空退水涵洞退泄池內(nèi)剩余水量，用泥漿泵或挖泥船等措施進(jìn)行池底清淤。

由于工程水力沖砂主要由退水涵洞閘完成，來(lái)水含沙量大，按設(shè)計(jì)淤積池容及水位計(jì)算，死庫(kù)容水位1.8m，在末端退水涵洞閘前淤積厚度基本達(dá)到退水涵洞閘設(shè)計(jì)孔高2m，只能開(kāi)啟涵洞閘門進(jìn)行有限的沖砂，而且由于涵洞段較長(zhǎng)，可能造成涵洞堵塞，此時(shí)只能用泥漿泵將剩余水量排出池外，然后采用機(jī)械進(jìn)行全斷面清淤工作，因此，水力沖砂效果及條件并不好，機(jī)械清砂將是主要的運(yùn)作方式。著重從以下三個(gè)方面進(jìn)行論述。

3.1 正常運(yùn)行工況1

每年4～9月份為瑪河灌溉用水高峰期，歷時(shí)6個(gè)月時(shí)間，來(lái)水泥沙含量大、水渾濁不清澈，按照下游引水渠設(shè)計(jì)流量15m3/s或加大流量18m3/s進(jìn)行運(yùn)行。運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟沉砂池進(jìn)口分水閘及出口擋水閘，關(guān)閉進(jìn)口側(cè)引渠分水閘、側(cè)引渠出口擋水閘及放空退水涵洞閘，側(cè)引渠不引水，放空退水渠道不工作。在正常沉砂引水期末，即9月份，將頭年的淤積物運(yùn)移，為下一年的運(yùn)行提供充足的庫(kù)容。

3.2 正常運(yùn)行工況2

每年的10～次年3月份基本不引灌溉水，扣除冰凍期4個(gè)月(每年的11～次年2月份)不運(yùn)行，歷時(shí)2個(gè)月，此時(shí)引水多為地下水，水流清澈，按照側(cè)引渠引水流量5m3/s進(jìn)行運(yùn)行，開(kāi)啟進(jìn)口側(cè)引渠分水閘及出口側(cè)引渠擋水閘，關(guān)閉進(jìn)口沉砂池分水閘及出口沉砂池?fù)跛l，沉砂池不引水，開(kāi)啟放空退水涵洞閘，將沉砂池所蓄水放空沖淤，再進(jìn)行清淤工作。

3.3 非常運(yùn)行工況

在下游水工建筑物發(fā)生事故搶修或者檢修時(shí)，按照調(diào)度要求，需要退水時(shí)，引水渠按照加大流量18m3/s進(jìn)行引水，開(kāi)啟放空退水閘，將多余的水通過(guò)退水渠退入老河道中?，敽?016年度特大洪水防洪過(guò)程中，為了減輕東岸大渠引水壓力及下游灌區(qū)防洪安全，沉砂池工程運(yùn)行就采用了此工況，經(jīng)過(guò)2016年汛期的運(yùn)行，初步檢驗(yàn)了工程的實(shí)用性及運(yùn)行效率，兼顧防洪排沙、退水的效益發(fā)揮的淋漓盡致。

沉砂池工程按照設(shè)計(jì)要求基本按以上三種工況進(jìn)行運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，水管運(yùn)行單位可以在設(shè)計(jì)運(yùn)行工況的基礎(chǔ)上靈活進(jìn)行運(yùn)用。經(jīng)過(guò)幾十年觀察總結(jié)，東岸大渠運(yùn)行規(guī)律已經(jīng)非常成熟和完整，從多年運(yùn)行及觀測(cè)情況來(lái)看，每年的10～次年5月份，東岸大渠引水都非常清澈，只含有少部分懸疑質(zhì)泥沙，此時(shí)經(jīng)過(guò)沉砂池沉沙，水流清澈度變化不大，可以直接從側(cè)引渠引水運(yùn)行，每年的6～9月來(lái)水必須通過(guò)沉砂池沉砂再引入下游引水渠道，才能達(dá)到景觀引水要求。

沉砂池工程直接從東岸大渠9km分水閘引水，受到沉砂池影響，沉砂池進(jìn)水量與出水量實(shí)際不等，目前可行有效的Z-Q、Z-V、Z-A曲線還在觀測(cè)推算中，水位校核及其他工程實(shí)際水利要素需要運(yùn)行單位通過(guò)多年不間斷的測(cè)驗(yàn)得出，才能總結(jié)出一套貼切工程運(yùn)行實(shí)際的工程、供水運(yùn)行規(guī)律。

4 清淤物的清除和利用

沉砂淤積物的利用是工程運(yùn)行中的現(xiàn)實(shí)、重要問(wèn)題。沉砂池淤積物從上至下多為泥漿，面砂，中粗砂，級(jí)配級(jí)水洗砂石料，還有部分帶入的大塊卵石，在清淤過(guò)程中，采用機(jī)械分層篩分清理。其中的泥漿淤積物為富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的土壤，單獨(dú)清理堆放，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)含水下滲后，可以作為農(nóng)田、林地、城市景觀種植綠化理想的換填土壤；面砂、級(jí)配級(jí)水洗砂石料是理想的建筑材料，面砂可以直接利用，作為屋面等建筑結(jié)構(gòu)必須的原材料，級(jí)配級(jí)水洗砂石料甚至比標(biāo)準(zhǔn)化料場(chǎng)生產(chǎn)的級(jí)配料更能達(dá)到建筑材料的標(biāo)準(zhǔn)要求，均可以帶來(lái)二次經(jīng)濟(jì)效益。剩余大塊石可以放入集沙池做為防洪度汛搶險(xiǎn)物儲(chǔ)備物資，在防洪搶險(xiǎn)及堤壩維修中可以作為鉛絲籠挑水壩、漿砌石護(hù)坡板的理想原材料，其經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及社會(huì)效益明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

沉砂池設(shè)計(jì)作用是將東岸大渠含有大量懸移質(zhì)來(lái)水進(jìn)行自然沉砂，將干凈清澈的水輸送到瑪河西岸石河子總干渠，同時(shí)還可以作為東岸大渠的理想退水通道。沉砂池工程建設(shè)完成后，降低了灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉成本，有效的解決了跨河渡槽、石河子市區(qū)綠化帶、林帶的淤積問(wèn)題，滿足石河子市景觀河用水要求，使得石河子市整個(gè)城市綠化用水的觀賞度得到很大改善和提高，對(duì)市容市貌改善有舉足輕重的作用。通過(guò)近兩年的運(yùn)行初步證明，工程運(yùn)行效益可觀，相信工程平穩(wěn)運(yùn)行后將有力推動(dòng)石河子城市綠化建設(shè)及下游工農(nóng)業(yè)發(fā)展，滿足廣大市民日益豐富的精神文化需求，可以產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的、永久性整體效益。

[1] SL269- 2001. 水利水電工程沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 逄煥春. 瑪納斯河曲線形沉砂池運(yùn)行管理研究[J]. 水利技術(shù)監(jiān)督, 2013(04): 18- 20.

[3] 王明鋒. 黃花灘水利骨干工程壓力管道進(jìn)口沉沙池設(shè)計(jì)分析[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2013(11): 81- 83.

[4] 洪振國(guó), 洪振權(quán). 沉沙池結(jié)構(gòu)型式的選取方法[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2015, 9: 105- 108.

[5] 李濤. 沉砂池的設(shè)計(jì)及不同池型的選擇[J]. 中國(guó)給水排水, 2001(09): 37- 42.

[6] 裴云, 楊晉營(yíng). 灌溉沉沙池泥沙設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 水利水電技術(shù), 2007, 38(05): 12- 15.

[7] 許勁, 孫俊貽, 周幸儒, 等. 不設(shè)初沉池時(shí)沉砂池的選型分析[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 27(02): 61- 64.

[8] 邵林廣, 王華. 平流沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)的研究[J]. 給水排水, 1999(09): 21- 23.

[9] 黃蔚萍, 薛瑞, 陳東運(yùn). 某水電站沉沙池方案比選設(shè)計(jì)研究[J]. 西北水電, 2011(05): 17- 19.

[10] 劉燕, 劉曉俠, 呂景秋. 沉沙池在謝寨引黃灌區(qū)的具體設(shè)計(jì)及運(yùn)用[J]. 地下水, 2006, 28(02): 102+79- 80.

[11] 宗全利, 劉煥芳, 李強(qiáng), 等. 一種新型沖洗式沉沙池的設(shè)計(jì)探討[J]. 長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào), 2005(02).