揚水干渠末級渠道淤積問題及解決對策

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固海揚水工程自建成運行到現(xiàn)在已經(jīng)歷了近30個春秋，近30年來為灌區(qū)的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益作出了巨大貢獻，但是隨著灌區(qū)的發(fā)展，由于歷史的原因，投入不足，固海工程的設(shè)施老化日益加劇，每年僅水工設(shè)施的維修費用就高達(dá)200多萬元，給管理單位造成非常大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，其中末級渠道的清淤費用就達(dá)30多萬元，占到年投資的15%以上。為此，我建議采取一些積極措施，就能夠解決或緩解目前被動的狀況，為管理單位節(jié)約資金提供參考。

　　一、基本情況固海揚水工程是寧夏二十世紀(jì)建設(shè)最早、規(guī)模最大、最成功的一項為解決寧夏中部干旱帶人畜飲水和生活貧困的公益性工程，迄今在寧夏揚水史上，始終起著示范帶頭作用。

　　固海揚水工程橫跨中寧至固原五縣市，從黃河取水，總設(shè)計流量28.5立方米/秒，有11級揚水，泵站24座，總凈揚程342.74米，干渠總長286公里；總裝機容量99890千瓦，700多座水工建筑物。灌溉面積已達(dá)62.5萬畝，灌區(qū)內(nèi)受益人口24萬多人，大家畜2萬多頭，羊只20多萬只。在大旱之年，周邊地區(qū)農(nóng)民用車?yán)H馱等方式解決約5—6萬人，10萬頭牲畜、羊只的飲水問題。固海揚水工程被形象地稱為寧南中部干旱人民的“生命工程”、“希望工程”。她為寧南山區(qū)的脫貧致富、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會穩(wěn)定做出了巨大貢獻。固海揚水工程自建設(shè)投入運行以來近30年來，在寧夏中部干旱帶人民的共同努力下，使昔日荒蕪的土地呈現(xiàn)出了一片綠洲，在寧夏創(chuàng)造出了又一個“塞上江南”。

　　二、渠道現(xiàn)狀及存在的問題

　　1、現(xiàn)行渠道管理模式由于灌溉管理實行“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級管理”的管理體制，管理處只負(fù)責(zé)主干渠的水量統(tǒng)一調(diào)配。支渠以下直開口及渠系由縣鄉(xiāng)級水管單位負(fù)責(zé)管理。

　　2、末級干渠存在的問題固海揚水工程分布在清水河兩岸，有主干渠22條，其中：中間級渠道17條，末級渠道5條。固海揚水工程每年從黃河提取水達(dá)到3.4億立方米左右，渠道年的輸沙量達(dá)到近93萬噸（平均泥沙含量達(dá)到26.9kg/m³，近600萬立方米）。泥沙對各級水泵的氣蝕、磨損造成損失非常大，對渠道淤積造成的危害也非常嚴(yán)重，尤其是固十干、同三干、長三支干、同支干等四條末級渠道淤積問題（唯一沒有淤積的是東三支干渠），僅每年淤積量就達(dá)到10~20萬立方米，投入清淤資金就達(dá)30萬元之多，近30年來累計清淤投資達(dá)數(shù)百萬元之多，給管理單位管理造成很大經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，我認(rèn)為也是揚水工程設(shè)計時留下的敗筆。

　　三、渠道淤積的成因分析

　　1、河水中的泥沙黃河以泥沙而在世界聞名，治理泥沙的問題也是世界性的難題。泥沙從黃土高原流走，也帶走了黃土高原人民的致富希望。

　　根據(jù)資料統(tǒng)計，每年僅從寧夏黃土高原沖走的泥沙就達(dá)1億噸，清水河為最大，約為0.5億噸，平均含沙量229 kg/m³，侵蝕模數(shù)每平方公里3410噸，年流失有機質(zhì)38.5～50萬噸，折合氮肥1923-2308噸、磷肥1000～1154噸，地皮被剝?nèi)?厘米，每形成1厘米的表土需要100～400年才能形成的一次性資源，就這樣永遠(yuǎn)的喪失了。有多少仁人志士為了泥沙不再從黃土高原流失研究者從黑發(fā)到白發(fā)，可是，黃河依舊是“黃”。

　　固海揚水工程的取水口在寧夏中寧縣泉眼山北麓，黃河右岸，在同側(cè)的清水河入河口下游約1.5公里處（固海揚水工程設(shè)計時留下的又一敗筆）。根據(jù)作物灌溉情況，每年固海揚水工程取水日期從4月到11月，6-8月是汛期，也是取水高峰。清水河上游地區(qū)降雨，造成洪水挾帶著大量的柴草、泥沙一起下泄進入黃河，在黃河的右側(cè)，由于清水河水中柴草、泥沙含量影響，經(jīng)常造成泉眼山首級泵站攔污柵被堵死，電機嚴(yán)重過負(fù)荷，被迫停機事故發(fā)生。據(jù)測最大泥沙含量達(dá)到380kg/m³之多。黃河的泥沙屬于懸移質(zhì)泥沙，從一干渠到末級渠道，泥沙隨水流帶入渠道，泥沙含量相對處于均衡狀態(tài)，有水流到的地方就有泥沙，絕大部分泥沙隨著渠道配水斗口中途帶出。在中間各級渠道，設(shè)計比降選取比較合理，輸水量和泥沙基本穩(wěn)定，V實≥V設(shè) ，渠道沒有產(chǎn)生淤積。而對于末級渠道，由于水量逐漸減少，V實≤V設(shè)，所以，末級渠道產(chǎn)生淤積。

　　2、渠道沿線的風(fēng)沙由于固海揚水工程渠道很多地方是經(jīng)過風(fēng)沙區(qū)或沙漠地帶，每到冬春季節(jié)，由于草原植被毀壞嚴(yán)重，肆虐的風(fēng)沙沖沙入渠，嚴(yán)重時可把渠道填平，尤其是同一干、同三干、長三支干渠。春季配水通過斗口把泥沙帶出干渠一部分，另一部分被水流帶到下游，造成末級渠道淤積。

　　3、水量調(diào)配不合理由于渠道各斗口控制的面積及種植作物變化較大，灌區(qū)實行的灌溉方式是續(xù)灌，造成灌溉時水量調(diào)配不均勻，不能達(dá)到集中到下游灌溉水沖沙，因此，在末級渠的下游出現(xiàn)了淤積。

　　田高渠低造成淤積隨著灌區(qū)的不斷發(fā)展，渠道設(shè)計的控制面積逐步開發(fā)結(jié)束，而控制不到的高地灌溉面積，一般高于設(shè)計水位30-100厘米之間。農(nóng)民為了種植這部分土地，不得不采取人為在渠道上加設(shè)閘（壩）的形式來抬高水位，進行灌溉，這樣在原來較大的渠道斷面條件下，由于水位抬高，出現(xiàn)V實≤V設(shè)情況，渠道產(chǎn)生淤積，最典型的就是固十干渠。

　　四、解決淤積的辦法針對末尾渠道出現(xiàn)淤積情況進行了以上四種情況，最根本的原因還在于V實≤V設(shè)，解決的辦法有以下幾種：

　　1、首先從設(shè)計著手：解決末級渠道淤積的根本問題，我認(rèn)為在工程初始設(shè)計時，設(shè)計部門就要應(yīng)該考慮，不能再按照常規(guī)干渠的比降取值在1/4000～1/6000范圍，而是取值要在1/3000～1/2000范圍，V設(shè)要提高一個級別，不在干渠上設(shè)置節(jié)制閘等抬高水位灌溉，使V實≥V設(shè) ，使渠道水流順暢，渠道就不會產(chǎn)生淤積。

　　2、改變渠道的輸水?dāng)嗝嫘危簩τ邳S河泥沙問題，是無法改變的現(xiàn)實。如果采取主動的方法，在渠首設(shè)置大型沉沙池，進行沉沙、沖沙，條件具備了效果一定好，同時對水泵的磨損、氣蝕也會小很多，每年的維修量一定會下降。但是對于這樣大引水量，經(jīng)過計算進行比較，處理泥沙投入的工程費用太高，且管理運行難度非常大。幾年來，只好采取被動的方法，我處研究了利用泵內(nèi)噴涂環(huán)氧金剛砂和制作聚胺酯口環(huán)等幾種辦法，進行了一些有益的探索，在水泵氣蝕，減少維修次數(shù)提高水泵效率等方面取得了一定的實效，但是，末尾渠道淤積依舊是最大的難題。由于渠道的設(shè)計控制灌溉面積已經(jīng)確定，改變末尾渠道的比降是不可能的。目前僅僅還有唯一的辦法就是利用水力學(xué)的一些基本原理，改變渠道的輸水?dāng)嗝嫘问?，達(dá)到提高流速減少淤積的目的。

　　取設(shè)計斷面尺寸為：H=2R≈1，（圓弧夾角）=1520，接近于水力最佳斷面，既便于施工，又節(jié)省材料，成形后的渠道具有較好的輸水輸沙和抗凍脹能力，達(dá)到改善目前灌溉渠道淤積的目的。

　　計算比較不同形態(tài)斷面渠道輸水能力：可以看出，在相同條件下，U型渠道的輸水能力是最強的。

　　3、科學(xué)合理調(diào)度：在末尾渠道灌區(qū)采取輪灌機制，集中水流灌溉，利用“束水攻沙”原理，使V實≥V設(shè) ，把渠道內(nèi)的懸移質(zhì)泥沙隨配水水流帶出渠道，渠道就會減少淤積。

　　4、種草種樹，防風(fēng)固沙，綠化環(huán)境：減少周邊因風(fēng)帶沙入渠的條件，減少渠道淤積。

　　5、加強渠道日常維護，及時清理渠道邊坡上的雜物，停水后要及時清除渠道內(nèi)的淤積物，使渠道水流暢通，減小渠道糙率，減少淤積條件。

　　6、嚴(yán)禁在干渠內(nèi)設(shè)彰抬高水位，高地采取其他辦法灌溉，減少人為的渠道淤積，東三支沒有淤積就是很好的例證。

　　五、幾年來的實踐結(jié)論幾年來，在固海揚水渠道上，通過合理的水量調(diào)配，采取“束水攻沙”原理和利用冬、春季上水時相對黃河來水含沙量較少的情況，把夏、秋季淤積的泥沙沖走，減少了一些渠道清淤，取得了一定的經(jīng)濟效益。

　　但是，還不能從根本上解決末尾渠道的逐步淤積問題。要從根本上解決末級渠道淤積問題，就要從容易被忽視的設(shè)計源頭抓起，采取一系列的綜合措施，末級渠道淤積問題一定能夠得到徹底解決，對管理單位后期的管理帶來便利。

　　參考文獻：

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杜宇旭