哈 仙

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

額爾齊斯河流域地區(qū)的農(nóng)作物因生長(zhǎng)需要，常常需要引河中之水進(jìn)行灌溉農(nóng)田，種植農(nóng)作物等，但因?yàn)轭~爾齊斯河中泥沙含量較多等特性時(shí)常發(fā)生干渠泥沙沉積、堵塞，導(dǎo)致干渠的運(yùn)水能力減弱十分嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)引水灌溉工作造成較大的困擾，其中干渠中水流攜沙能力是額爾齊斯河泥沙研究中的重要對(duì)象，指的是在一定的水流泥沙條件下，河流處于不沖不淤的平衡狀態(tài)時(shí)，單位水體中所能攜帶的的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)的數(shù)量的平均值，又稱為飽和含沙量或者臨界含沙量[1]，作為反映額爾齊斯河河床在沖淤平衡條件下對(duì)干渠水流攜沙能力的綜合考量指標(biāo)。

攜沙能力的研究是額爾齊斯河流域灌區(qū)事業(yè)發(fā)展的重要研究方向，國(guó)內(nèi)外關(guān)于攜沙能力的研究進(jìn)行了大量的工作。郝睿[2]建立了河流網(wǎng)上泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)模型，能比較準(zhǔn)確對(duì)模擬自然河道的泥沙運(yùn)動(dòng)情況，具有一定的預(yù)測(cè)性和借鑒性。舒安平等[3]等探究黃河灌區(qū)干流渠道攜沙能力用于解決淤積問題，為實(shí)踐中水沙利用等提供了理論技術(shù)支撐。

額爾齊斯河水流的季節(jié)性變化，會(huì)出現(xiàn)枯水期和豐水期等，其中水流速度大小，水量等均發(fā)生改變勢(shì)必會(huì)對(duì)干渠的攜沙能力有不少的影響，但針對(duì)額爾齊斯河水流的季節(jié)性變化對(duì)干渠影響此方面的研究文獻(xiàn)鮮有出現(xiàn)，無法較為準(zhǔn)確地分析出不同時(shí)節(jié)下水中泥沙攜帶量，對(duì)灌區(qū)水的需求會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，并且可能會(huì)發(fā)生泥沙淤積而不能及時(shí)處理，所以進(jìn)行季節(jié)性因素對(duì)干渠的攜沙能力分析急需進(jìn)行理論分析研究。

1 研究水域區(qū)概況

灌區(qū)干渠長(zhǎng)53.6 km，處于額爾齊斯河流域中下游，氣候?qū)儆诟珊蛋敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，在每年10月到第二年5月期間季風(fēng)為西北風(fēng)，特點(diǎn)為多風(fēng)少雨。汛期為6月～9月，盛行東南風(fēng)，汛期平均降雨量為540 mm，占全年60%多，且多為雷陣雨或暴雨。地勢(shì)較為平坦，土質(zhì)疏松，總體地形由東向西傾斜。地下水類型根據(jù)埋藏條件不同可分為潛水、淺層承壓水及深層承壓水，其中該地區(qū)主要是以松散巖類孔隙水，并儲(chǔ)存在弱含水層中的粉土中。

2 試驗(yàn)概況

2.1 主要試驗(yàn)儀器

含沙量測(cè)驗(yàn)使用橫式采樣器來進(jìn)行水樣的采取，其中橫式采樣器的性能參數(shù)見表1。其余試驗(yàn)儀器包括流量計(jì)、烘箱、卷尺、水位計(jì)、電子秤等，見圖1。

表1 橫式采樣器的性能參數(shù)

圖1 主要試驗(yàn)儀器

2.2 試驗(yàn)方案

采樣斷面位置：本試驗(yàn)選取中下游某灌區(qū)，選取區(qū)域的總長(zhǎng)為5767 m，從渠首往渠尾方向選取了7個(gè)觀測(cè)斷面分別進(jìn)行標(biāo)記，依地勢(shì)高低分別為Ⅰ號(hào)至Ⅶ號(hào)斷面，除Ⅱ號(hào)至Ⅲ號(hào)斷面之間有彎道外，其余斷面連接均為直線段，前三個(gè)觀測(cè)斷面地勢(shì)較高、水面較寬、渠道較深，后四個(gè)觀測(cè)斷面地勢(shì)較低、水面較窄，渠道平緩，取樣斷面的位置圖見圖2。

圖2 取樣斷面位置

采樣時(shí)間：本研究中水樣采集時(shí)間選擇是春灌時(shí)期4月7日～4月13日以及夏灌時(shí)期8月2日～8月10日，主要是依據(jù)流域引灌灌區(qū)作物生長(zhǎng)所需水量特點(diǎn)及水流情況考慮選取重要時(shí)期進(jìn)行分析得來。

斷面采樣點(diǎn)布設(shè)及檢測(cè)內(nèi)容：斷面形式是灌渠干渠梯形截面形式，沿著斷面梯形高度垂直布置取樣點(diǎn)（泥沙采集）。點(diǎn)1距水面0.2 H處，點(diǎn)2在渠道軸線0.6 H處；點(diǎn)3在渠道軸線0.8 H處，H為取樣期間水深高度。主要測(cè)定的內(nèi)容為所選取斷面的水流流速、水深、斷面的平均含沙量、懸沙與淤沙粒徑等。

3 試驗(yàn)結(jié)果及攜沙能力分析

依據(jù)采取的數(shù)據(jù)進(jìn)行水流攜沙能力計(jì)算，采用式（1）[4]，所得不同兩個(gè)季節(jié)性時(shí)期春灌與夏灌各個(gè)斷面的攜沙能力結(jié)果見表2。

式中：S是水流攜沙能力，單位kg/m3；U是斷面平均流速，m/s；g是重力加速度，m/s2；在文中，K取為0.22，m取為0.76[5]。

表2 季節(jié)性時(shí)期春灌與夏灌斷面的攜沙能力情況

3.1 不同季節(jié)時(shí)期下攜沙力各斷面情況分析

不同季節(jié)時(shí)期下春灌和夏灌各個(gè)斷面的攜沙力見圖3，由圖3可知，春灌時(shí)期各個(gè)斷面的攜沙能力基本上沒有較大的變化，但是在夏灌期間的攜沙能力出現(xiàn)了較大的變化，特點(diǎn)是在斷面IV到斷面V這段區(qū)間內(nèi)；由表2和圖3可知，春灌時(shí)的攜沙力大小為0.4 kg/m3左右，夏灌時(shí)攜沙力大小為2.0 kg/m3左右。在相同斷面處，夏灌時(shí)期的攜沙能力均比春灌時(shí)期攜沙能力大很多。這說明在整個(gè)區(qū)間內(nèi)相同斷面處，夏灌時(shí)期對(duì)干渠中的攜沙能力影響更大，在對(duì)不同斷面發(fā)生變化時(shí)，夏灌時(shí)期中攜沙能力相應(yīng)更加明顯。從斷面IV斷面V沿程攜沙力突變?cè)龃笄闆r，這可能是因?yàn)閿嗝鎂較斷面IV過水面積突變減小，致使在水流量變化較小情況下出現(xiàn)了斷面V處流速突然增加，進(jìn)而發(fā)生了攜沙能力突增。

圖3 不同季節(jié)時(shí)期下春灌和夏灌各個(gè)斷面的攜沙力

3.2 不同季節(jié)時(shí)期下水流量與攜沙力關(guān)系

由圖4可得，在不同季節(jié)時(shí)期下，夏灌流量比春灌時(shí)期水流量要大很多；另外不管是春灌時(shí)期或夏灌時(shí)期，隨著斷面處流量發(fā)生改變，其攜沙力大小隨之發(fā)生改變，并且趨勢(shì)相同，即春灌和夏灌時(shí)期干渠攜沙能力隨著干渠水流量的增加而增加，隨著水流量的減少而減少，且夏灌攜沙力隨著水流量變化的更加顯著。這說明在干渠灌溉期間，保持充足合理的水流量至關(guān)重要，避免出現(xiàn)當(dāng)水流量較小時(shí)，攜沙能力減弱明顯，致使泥沙發(fā)生淤積，堵塞干渠現(xiàn)象發(fā)生。

圖4 不同季節(jié)時(shí)期下水流量與攜沙力關(guān)系

3.3 不同季節(jié)時(shí)期下含沙量與攜沙力關(guān)系

不同季節(jié)時(shí)期下春灌和夏灌中含沙量與攜沙力關(guān)系圖見圖5，由表2和圖5可知，春灌時(shí)期干渠灌溉過程中，各個(gè)斷面的含沙量和攜沙力基本相等，甚至含沙量大于攜沙力，而夏灌時(shí)期干渠灌溉過程中，各個(gè)斷面的含沙量均遠(yuǎn)小于攜沙力，這說明春灌干渠內(nèi)處于淤積狀態(tài)而夏灌干渠內(nèi)處于沖刷或相對(duì)平衡狀態(tài)，這可能與不同季節(jié)性時(shí)期下水流量有關(guān)，水流量較小的情況下攜沙力較小，使得泥沙淤積，進(jìn)一步造成攜沙能力降低[6]。另外，水中含沙量與攜沙力呈正相關(guān)關(guān)系，即水流中含沙量增加而攜沙力增大，反之亦然。對(duì)于春灌時(shí)期，干渠容易堵塞淤積的現(xiàn)象，要及時(shí)的通渠，保證春灌時(shí)期的攜沙力。

圖5 不同季節(jié)時(shí)期下含沙量與攜沙力關(guān)系

4 總結(jié)

本文通過選取引水灌溉工程中農(nóng)作物用水的重要時(shí)期，分析不同季節(jié)性因素（春灌和夏灌兩個(gè)時(shí)期）下對(duì)干渠灌溉攜沙能力影響情況探究分析，分析不同時(shí)期斷面、水流量和含沙量與攜沙力關(guān)系，得到如下結(jié)論：

（1）在春灌時(shí)期中，各個(gè)斷面的攜沙能力基本上不發(fā)生改變，而夏灌時(shí)期中，斷面的攜沙能力變化較大，并且夏灌中攜沙能力要遠(yuǎn)大于春灌時(shí)期的攜沙能力。

（2）不同季節(jié)時(shí)期下，攜沙能力與水流量、來水含沙量等成正相關(guān)性，且夏灌中相關(guān)性變化更加明顯；另外季節(jié)性因素主要是影響水流量，從而水流量增加使得攜沙能力增大效果更加顯著。