【摘要】本文主要介紹了金溝河流域概況，并對(duì)其泥砂處理問題分析研究，結(jié)合目前金溝河渠首樞紐運(yùn)行現(xiàn)狀，提出更加合理的運(yùn)行方案，為此類工程運(yùn)行管理提供寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】金溝河；流域；泥砂；處理

一、 金溝河渠首樞紐泥砂分析

金溝河流域地處天山北坡，河流流向是由南向北，地形落差較大。最高海拔5000米左右，最低300米左右，河流長(zhǎng)度120km，平均坡降2.6%。受該流域上游地質(zhì)構(gòu)造特性，金溝河渠首樞紐坐落在天山北坡前山帶，低山丘陵區(qū)和沖淤變化較大區(qū)域。從地質(zhì)地貌條件看，金溝河渠首上游20km以上段草木相對(duì)茂盛，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)固，水土保持條件較好，基本不產(chǎn)砂。渠首樞紐上游20km內(nèi)河段，屬于覆蓋層松散破碎、植被稀少且多為草本植物，是流域的主要產(chǎn)砂區(qū)，一旦進(jìn)入汛期，河水暴漲將兩岸松散的泥土戈壁物帶入河道，尤其遇到暴雨型洪水時(shí)，河道內(nèi)泥砂量驟增，產(chǎn)生大量的推移質(zhì)泥砂在河道內(nèi)運(yùn)動(dòng)。由于金溝河引水渠首上游沒有控制性水利工程，大量的泥沙給引水樞紐、輸水渠道帶來了極大地危害，下游灌區(qū)用水緊張階段引水排砂矛盾突出。金溝河渠首作為金溝河流域內(nèi)非常重要的防洪、引水、排砂綜合性控制樞紐，渠首樞紐的運(yùn)行管理對(duì)于整個(gè)金溝河流域灌區(qū)尤為重要。

1、金溝河泥砂觀測(cè)

金溝河屬多泥砂河流，泥砂主要來源于降水匯流對(duì)流域面的侵蝕及水流對(duì)河道的沖刷兩部分。金溝河流域泥砂實(shí)測(cè)資料較為缺泛，渠首泥砂觀測(cè)一度中斷，根據(jù)歷史實(shí)測(cè)泥砂資料分析，金溝河懸移質(zhì)年平均含砂量1.85kg/m3，最大月平均含砂量221kg/m3，最小月平均含砂量15.6kg/m3。懸移質(zhì)年平均輸砂量66.03萬噸。推移質(zhì)年平均輸砂量9.25萬噸，推移質(zhì)平均粒徑39.8mm。多年平均輸砂總量74.28萬噸。

金溝河泥砂顆粒分配不均勻，顆粒較細(xì)，大顆粒含量較少，粒徑分配見表1.1。以金溝河紅山頭水文站多年平均泥砂資料統(tǒng)計(jì)中實(shí)測(cè)年內(nèi)比例為各月分配系數(shù)，可以得到金溝河紅山頭站泥砂多年平均月輸砂量見表1.3。

2、金溝河泥砂特征分析

金溝河泥砂的年際變化很大，年內(nèi)分配集中在汛期。由實(shí)測(cè)資料各月份輸砂率中6～8月輸砂量占97.0%，而7月就占全年的55.5%，來砂與來水成正比。冬季輸砂量基本為零。

二、金溝河渠首樞紐運(yùn)行現(xiàn)狀

金溝河渠首樞紐目前由溢流堰、非常泄洪閘、泄洪沖砂閘與引水閘樞紐一座，上下游導(dǎo)流堤，沉砂池、0號(hào)沖砂閘，1、3、4、號(hào)排砂渦管，在其下游有排砂漏斗一座。渠首樞紐排砂設(shè)施布設(shè)大致可以劃分為三級(jí)；一級(jí)排砂設(shè)施主要處理樞紐上游的泥沙，有非常泄洪閘、1孔泄洪沖砂閘。正常運(yùn)行情況下，一級(jí)排砂設(shè)施可以處理渠首60%左右的泥砂；在引水總干渠上的沉砂池設(shè)有1號(hào)渦管、0號(hào)閘，為渠首樞紐的二級(jí)排砂設(shè)施，正常運(yùn)行情況下，可以處理渠首樞紐20%左右的泥沙；在渠首下游引水干渠上設(shè)有3、4、號(hào)渦管和漏斗為渠首引水樞紐的3級(jí)排砂設(shè)施，正常運(yùn)行情況下，可以處理剩余進(jìn)入干渠的推移質(zhì)泥沙；渠首建設(shè)初期，灌區(qū)土地面積較小，灌區(qū)需水少，引水量小，排沙水相對(duì)較多，加之渠首上下游縱坡大，渠首運(yùn)行較好。渠首樞紐經(jīng)過多年的運(yùn)行使用，灌區(qū)土地面積逐漸增加，引水比不斷加大，渠首下游泥沙逐漸淤積，河床不斷抬高，上下游河道縱坡逐漸減小，排砂效果不斷遞減。加之金溝河流域泥沙含量大，在工程運(yùn)行時(shí)很難解決好引水和排沙的矛盾，因此，在一般年份運(yùn)行時(shí)，只能采取“全引全排”的定期間歇性引水排沙模式。由于灌溉用水緊張，定時(shí)排沙時(shí)間上得不到保障，效果較差。渠首樞紐排砂和泄水功能不能得到很好地發(fā)揮，直接造成閘前后泥沙淤積量進(jìn)一步增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近五年上下游河道平均太高3-4米。對(duì)渠首工程安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

渠首樞紐一級(jí)排砂設(shè)施的泥沙處理不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，必然造成大量的泥砂進(jìn)入沉砂池和引水干渠，為了避免下游干渠過度磨損，渠首樞紐的泥沙處理壓力就放在二、三級(jí)排砂設(shè)施上，原本1號(hào)渦管排砂效果最為理想，但是因?yàn)槟嗌傲窟^大和渦管下游的淤積問題，目前已無法正常使用。當(dāng)前渠首主要依靠0號(hào)閘、3、4號(hào)渦管、漏斗的泥砂處理來維持渠首樞紐的日常運(yùn)行，由于泥砂量過大，已超過渦管、漏斗自身的處理能力，近幾年渦管頻繁發(fā)生淤死情況，特別是今年多次發(fā)生渦管由入口處直接淤死的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，往年都是由于渦管出口處開始淤積從而造成渦管淤死。目前在3、4號(hào)渦管到漏斗附近都堆積了大量的泥砂，渠首可以利用0號(hào)閘冬季棄水沖砂減淤，如果在來年汛期到來之前這些泥砂不能得到處理，那隨時(shí)可能造成渠首樞紐下游渦管、漏斗的排砂設(shè)施無法正常使用，那么將對(duì)金溝河下游引水工程構(gòu)成嚴(yán)重?fù)p害。繼而影響到正常的引配水工作，形成惡性循環(huán)，后果不堪設(shè)想。

三、金溝河渠首樞紐泥砂處理思考

3.1金溝河流域泥砂危害主要是由推移質(zhì)泥砂造成，金溝河渠首樞紐位于金溝河流域的產(chǎn)砂帶下游20km的位置，這里分布著砂礫石地層，由于山坡和河道的坡降比較大，降雨和融雪型洪水將松散的砂礫石沉積物帶入河道。所以，在河道內(nèi)有著大量的推移質(zhì)泥砂來源，金溝河流域進(jìn)入汛期河道的推移質(zhì)泥砂接近飽和的輸砂狀態(tài)。

3.2目前金溝河渠首樞紐采取的多級(jí)排砂思路，三級(jí)、四級(jí)排砂設(shè)施渦管、漏斗承擔(dān)的泥砂處理任務(wù)過重，應(yīng)該將渠首泥砂處理的重點(diǎn)放在一、二級(jí)排砂設(shè)施上。結(jié)合工程現(xiàn)有條件，解決渠首泥砂問題；可行運(yùn)行方案一，將渠首泥砂分級(jí)處理：

（1）首先要發(fā)揮渠首樞紐一級(jí)排砂設(shè)施的作用最大化，不能把泥砂處理的壓力放在2、3級(jí)排砂設(shè)施上，根據(jù)查閱相關(guān)資料，費(fèi)爾干式渠首設(shè)計(jì)引水比例一般不超過50%，我們目前現(xiàn)狀雖然不能達(dá)到這一要求，但是在泥砂處理思路上，也要將發(fā)揮一級(jí)排砂設(shè)施的作用作為首選方案。

（2）充分利用渠首樞紐上游非常泄洪閘的排砂能力?？梢杂行У慕档蜕嫌魏哟?，減輕自潰壩在汛期遇小型突發(fā)性洪水就潰壩的風(fēng)險(xiǎn)。目前非常泄洪閘下游河道輸砂也具備有利條件。 不利影響；非常泄洪閘排砂需要水量較大，時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)引水工作影響較大。

（3）發(fā)揮渠首上游泄洪沖沙閘（輸砂道）的最大排砂能力。按照渠首工程布設(shè)特點(diǎn)，輸砂道排砂對(duì)渠首運(yùn)行控制最為有利。目前需要加大輸砂道尾部清淤量，疏通下游排砂通道。

3.3經(jīng)過分析對(duì)比可行的運(yùn)行方案一

（1）適當(dāng)加大渠首一級(jí)排沙設(shè)施輸砂道的排沙時(shí)間。

（2）適時(shí)啟用二級(jí)排砂設(shè)施1號(hào)渦管，可以有效降低沉砂池的淤積高程。1號(hào)渦管的使用與輸砂道密切相關(guān)，因?yàn)?號(hào)渦管排出的泥砂直接進(jìn)入輸砂道中游，必須保持輸砂道尾部河道排砂通道暢通。

（3）只有一二級(jí)排砂設(shè)施的作用發(fā)揮了，才能減輕下游3級(jí)排砂設(shè)施3、4號(hào)渦管和漏斗的泥砂壓力，加之0號(hào)閘的輔助沖淤，可確保3級(jí)排砂設(shè)施在機(jī)械輔助下能循環(huán)利用，保持渠首汛期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

如果采取以上運(yùn)行辦法，勢(shì)必會(huì)減少渠首的引水量，造成渠首引進(jìn)水量的不穩(wěn)。建議：加強(qiáng)洪水站回收水口管理，對(duì)回收水入口進(jìn)行改建，加大渠首排沙后回收水的能力，彌補(bǔ)渠首排砂水量造成的引水損失。

3.4運(yùn)行方案二

如果渠首一二級(jí)排砂設(shè)施的作用無法發(fā)揮，僅僅依靠3級(jí)排砂設(shè)施3、4號(hào)渦管和漏斗來處理大量的泥砂，勢(shì)必要完全依靠工程機(jī)械大量清淤和0號(hào)閘頻繁沖砂。這樣會(huì)冒很大的風(fēng)險(xiǎn)；

（1）渠首樞紐上游的泥砂過度淤積會(huì)對(duì)防洪安全構(gòu)成一定威脅；

（2）大量的泥砂通過渦管漏斗來處理，渦管漏斗將不堪重負(fù)，運(yùn)行現(xiàn)狀會(huì)持續(xù)惡化，僅僅依靠機(jī)械輔助清淤作業(yè)量太大，無法保證維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）0號(hào)閘下游至漏斗段河道淤積高程在不斷抬高，上下游自然縱坡逐漸減小，0號(hào)閘沖砂效果在逐年在遞減。發(fā)展下去只能依靠大量的機(jī)械清淤了。

結(jié)論：

對(duì)比以上方案，對(duì)多泥砂河流整體防砂排沙處理運(yùn)行有諸多局限性。隨著下游灌區(qū)需水量增加要求，引水比例不斷提高，可用來排砂的用水量越來越少，對(duì)于進(jìn)入引水干渠的泥沙，單一使用3、4級(jí)排砂設(shè)施渦管和漏斗，無法滿足正常使用要求，還可能造成淤堵情況；如果停用渦管、漏斗排砂設(shè)施，部分推移質(zhì)泥砂就會(huì)進(jìn)入下游渠道，造成工程磨損和下游斗、農(nóng)、毛渠嚴(yán)重淤積。因此只能采取渠首大閘一級(jí)排沙設(shè)施處理大部分泥砂，結(jié)合2、3、4級(jí)排砂渦管、漏斗處理少部分進(jìn)入干渠的泥沙，形成多級(jí)排砂設(shè)施聯(lián)合運(yùn)用、合理調(diào)配、分級(jí)處理的方案才能達(dá)到最佳理想的運(yùn)行效果。多年實(shí)踐證明，充分發(fā)揮渠首泄洪沖沙閘的一級(jí)排砂主導(dǎo)作用，配合下游排砂渦管2、3級(jí)輔助設(shè)施處理部分泥砂，最后由4級(jí)排砂漏斗處理完全部入渠泥砂。工程運(yùn)行效益得到最大發(fā)揮。

四、工程管理運(yùn)行效果與應(yīng)用推廣前景

通過合理配合使用多級(jí)排砂系統(tǒng)，可以取得顯著的效果，極大的降低金溝河灌區(qū)泥沙問題帶來的負(fù)面影響，收到較大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。新疆北部山溪性河流大多為多泥砂河流，河流所處地已成為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的區(qū)域，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源短缺的矛盾將更加突出。這些河流的引水樞紐工程大部分都建在出山口處，地質(zhì)構(gòu)造、產(chǎn)沙區(qū)、水資源時(shí)空分布上基本相同，基于金溝河多級(jí)排砂系統(tǒng)應(yīng)用效果經(jīng)驗(yàn)，只要河流具備一定地形條件，都可采用多級(jí)排砂系統(tǒng)有效排沙，發(fā)揮工程最大的效益。

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