錢新妮

(新疆金溝河流域管理局，新疆 沙灣縣 832100)

新疆地處亞歐大陸的腹地，年降水量區(qū)域分布極不均勻，水土流失嚴(yán)重，自然生態(tài)環(huán)境十分惡劣，多泥沙是新疆河流普遍存在的主要特點(diǎn)。金溝河發(fā)源于天山北麓，河水中的泥沙主要來(lái)源于河水對(duì)上游河床和降水對(duì)河道周圍山地及匯流區(qū)的沖刷，金溝河年產(chǎn)沙量達(dá)到86.5萬(wàn)t，是新疆產(chǎn)沙量較高的河流之一，長(zhǎng)期以來(lái)因灌溉、生產(chǎn)引水引發(fā)的渠首上下游河道泥沙淤積、泄洪能力降低等問(wèn)題不斷凸顯，對(duì)工程安全運(yùn)行、流域水資源優(yōu)化配置和河道綜合治理帶來(lái)了影響。開(kāi)展金溝河渠首引水排沙綜合技術(shù)實(shí)踐研究是必要的，對(duì)泥沙科學(xué)防治具有十分重要的作用。

1 概述

金溝河引水渠首位于金溝河出山口處，為攔河閘壩式，主要建筑物由上下壩、泄洪閘、引水閘組成，其中上壩位于泄洪閘和引水閘之間，將河道分隔成內(nèi)庫(kù)和外庫(kù)，目的是將外庫(kù)大河來(lái)水中的推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙進(jìn)行初步沉淀后把含少量泥沙的水引入內(nèi)庫(kù)，河水在內(nèi)庫(kù)進(jìn)一步沉淀后經(jīng)引水閘引入使用，以減少泥沙對(duì)渠道的磨損。渠首上游為淺山帶，兩岸為陡峭的山谷，河谷呈U型狀布置，渠首以上2km范圍內(nèi)河道寬150～450m，自然坡降為15‰。渠首下游為洪沖擊扇平原區(qū)，從渠首往下河面不斷變寬，泄洪閘后有泄水連接段工程，寬度50～70m，呈喇叭狀布置，末端連接河道，河道寬500～1000m，兩岸建有防洪堤工程，是金溝河泥沙的主要沉積區(qū)域。

2 泥沙沉積原因分析

金溝河年來(lái)水量約3.5×108m3，平均年徑流量11m3/s，年度水量分布極不均勻，6—8月約占全年水量的70%，該時(shí)段也是金溝河泥沙的主要來(lái)源。上游河道產(chǎn)生的泥沙沿著山谷往下推移，一方面受渠首工程阻擋和引水影響，水流攜沙能力在閘前被削減，速度變緩，大量泥沙在外庫(kù)河道內(nèi)淤積，并沿河道水流坡降向上游延伸，抬升河床高度，對(duì)河道行洪安全帶來(lái)不利。一方面受渠首上下游河道地形現(xiàn)狀和來(lái)水不均的影響，上游河道來(lái)沙除一部分在閘前淤積外，另一部分經(jīng)泄洪閘下泄，受下游河道面寬影響，水流被切割分散，不能形成集中水流，沖沙效果不理想，泥沙不能被沖刷到較遠(yuǎn)范圍。引水和上游來(lái)水不均是造成泥沙在渠首上下游淤積的主要原因。

3 泥沙綜合處理技術(shù)

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的確定

金溝河引水渠首泄洪閘底板高程為815.00m，其上游河道自然坡降大于15‰，大河來(lái)水流速較快，考慮到水流坡降和水閘關(guān)閉對(duì)泥沙淤積的影響，本次選定渠首上游1km內(nèi)河道為泥沙監(jiān)測(cè)范圍。渠首泄洪閘后消能設(shè)施底板高程為809.00m，其下游河道是泥沙的主要淤積區(qū)，因河面較寬，水流沖沙的實(shí)際效果因水流大小和集中度有密切關(guān)系，本次選定泥沙淤積監(jiān)測(cè)范圍為渠首泄洪閘以下2km內(nèi)。點(diǎn)位布設(shè)如圖1所示。

圖1 泥沙淤積監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

3.2 引水排沙綜合措施

3.2.1小水存沙措施

小水指上游大河來(lái)水≤30m3/s的水流，且持續(xù)時(shí)間較短，一般為0.5h左右。由于來(lái)水量較少，水流在渠首上游河道中僅能形成一層較薄的水面，水流可以攜帶一定的懸疑質(zhì)泥沙和少量細(xì)小顆粒推移質(zhì)泥沙，水流攜沙沖沙流速和動(dòng)能明顯不足，不能對(duì)渠首上下游淤積的泥沙產(chǎn)生明顯影響。操作運(yùn)行上，當(dāng)遇上游河道來(lái)水≤30m3/s時(shí)，采取關(guān)閉泄洪閘，實(shí)施水量全部引入灌溉的措施，讓水流攜帶的泥沙沉積在渠首上游外庫(kù)河道中，運(yùn)行中密切關(guān)注外庫(kù)河道泥沙淤積高度，視情況必要時(shí)停止引水并開(kāi)啟泄洪閘，借助外庫(kù)中存積的水量進(jìn)行集中沖沙。

3.2.2中小水邊沖邊引措施

中小水指30m3/s<上游大河來(lái)水≤80m3/s的水流，水流持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)，一般小于1小時(shí)。此類型水流在金溝河6—9月份較常見(jiàn)，發(fā)生頻率較高，有較強(qiáng)的攜沙沖沙能力，水流能在渠首上游河谷中形成寬厚的水面，能大量攜帶沉積在渠首上游河道內(nèi)的大部分推移質(zhì)泥沙到下游河道。操作運(yùn)行上，當(dāng)遇大河來(lái)水大于30m3/s，介于30～50m3/s時(shí)，因水流沖沙能力有限，優(yōu)先進(jìn)行灌溉引水；當(dāng)遇大河來(lái)水遠(yuǎn)大于30m3/s時(shí)、介于50～80m3/s時(shí)，水流具備一定的沖沙能力，在滿足引水的需求下，間歇性開(kāi)啟泄洪閘，集中水流進(jìn)行沖沙，實(shí)施邊排邊引的措施。運(yùn)行中密切關(guān)注外庫(kù)來(lái)水和泥沙淤積情況，當(dāng)外庫(kù)泥沙來(lái)量大，瞬間淤積較多時(shí)，停止引水，集中全部水流進(jìn)行沖沙。

3.2.3大水集中沖沙措施

大水指上游大河來(lái)水大于80m3/s，持續(xù)時(shí)間超過(guò)0.5小時(shí)以上的水流。此類型水流近年在金溝河發(fā)生頻率不高，一般遇持續(xù)高溫和較大的降水或混合情況條件下較易發(fā)生，此類型水流攜沙沖沙能力極強(qiáng)，能在上游河道形成較寬厚的水面，能將上游河道沉積的大顆粒泥沙經(jīng)渠首沖刷到下游較遠(yuǎn)河道，短時(shí)間內(nèi)能有效降低河床高度。操作運(yùn)行上，當(dāng)遇渠首上游河道來(lái)水大于80m3/s時(shí)，停止引水，關(guān)閉引水閘，視來(lái)水量依次開(kāi)啟泄洪閘1、2、3孔，全部下泄上游洪水，最大程度降低上游河床泥沙淤積高度和將下游河道泥沙沖刷到較遠(yuǎn)地點(diǎn)。

3.2.4綜合泥沙處理措施

金溝河上游來(lái)水存在年度季節(jié)性相差較大、不持續(xù)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，大河水量不能滿足即保證引水需要，又保證泥沙處理的需要，操作上單靠任何一種運(yùn)行模式都不能解決引水和泥沙處理之間的矛盾，需在不同時(shí)間段突出不同重點(diǎn)內(nèi)容，要綜合考慮、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。操作運(yùn)行上，在春夏季引水期采用組合技術(shù)措施，即視上游來(lái)水情況綜合采用存沙、邊排邊引和集中沖沙的運(yùn)行方式，堅(jiān)持泥沙處理優(yōu)先于引水的原則，控制年度取水總量，保證沖沙水量，實(shí)現(xiàn)有效沖沙排沙；在秋冬季節(jié)以排沙沖沙為主，視水量采用機(jī)械疏導(dǎo)的模式實(shí)現(xiàn)集中水流沖沙。

4 效果分析

針對(duì)金溝河渠首上下游范圍內(nèi)泥沙淤積問(wèn)題，通過(guò)采取不同工況和時(shí)間段下綜合技術(shù)措施的應(yīng)用及監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，其數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和圖2。

表1 不同引水排沙方式監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比表

圖2 不同引水排沙方式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，采取存沙模式運(yùn)行，渠首上游河道內(nèi)泥沙淤積較明顯，淤積長(zhǎng)度約為閘前750m的位置，閘前最高淤積厚度達(dá)到了2.75m，對(duì)工程安全運(yùn)行和河道行洪帶來(lái)不利；采用邊引邊排模式，閘前泥沙淤積相對(duì)存沙模式有所減少，但泥沙在前仍有部分淤積，淤積長(zhǎng)度約為閘前500m的位置，閘前泥沙淤積厚度達(dá)到了1.82m，同時(shí)因渠首下泄水流沖沙和攜沙能力有限，泥沙不能被沖刷到較遠(yuǎn)河道，在下游河道2km范圍內(nèi)均有淤積，在600～1000m范圍內(nèi)淤積比較明顯，厚度達(dá)到1.28m；采用全沖沙模式，其作用效果比較明顯，達(dá)到了減少泥沙淤積，降低河床高度的目的，渠首上下游河道泥沙淤積高度較原河床均有所降低，其中上游監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)河床降低最深達(dá)到1.17m，下游受河面較寬影響，監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)河床也有不同降低，最高監(jiān)測(cè)點(diǎn)深度達(dá)到0.92m，改善上下游泥沙影響范圍效果較好。采用泥沙綜合處理技術(shù)措施，渠首上下游較原河道改變并不明顯，上下游河道均有降低和抬高的河段，但數(shù)值變化不大，基本保持了與原河床高度一致，泥沙綜合處理技術(shù)對(duì)穩(wěn)定河床泥沙淤積和保持河道性狀變化作用明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

金溝河渠首泥沙處理綜合技術(shù)是開(kāi)展金溝河泥沙研究實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的成果，通過(guò)綜合技術(shù)的應(yīng)用，起到了減緩泥沙淤積目的，達(dá)到了引水與排沙科學(xué)協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌推進(jìn)的良好效果，為推進(jìn)流域可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力保證，其經(jīng)驗(yàn)也為新疆多泥沙河流引水與泥沙處理提供了思路遵循，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。同時(shí)因金溝河泥沙淤積存在長(zhǎng)期性和復(fù)雜性等特點(diǎn)，對(duì)泥沙淤積問(wèn)題的處理每個(gè)時(shí)段的方法和措施也都不盡相同，需要結(jié)合實(shí)際繼續(xù)作深入研究和實(shí)踐，不斷豐富和完善技術(shù)方案，最大限度處理好引水和泥沙之間的關(guān)系。