新疆金溝河流域渠首水利工程梯級排沙體系的作用評價

李懷彬

(新疆金鉤河流域管理處，新疆沙灣832100)

1 概況

金溝河流域渠首始建于1959年，位于紅山口出口的位置，是前蘇聯(lián)技術人員設計，是軍民共建引水灌溉渠首。是第一代費爾干式人工彎道式引水渠首，西側面引水，正面沖淤積泥沙，是由潰壩，3孔非常泄洪閘，3孔進水閘和5孔泄洪閘及上下游導流堤和整治段組成。泄洪閘5孔單孔寬度為5 m。進水閘單孔寬度為4 m，進水閘后是消力坎沉沙池及54 km的干渠組成。

主要水工建筑物為3孔非常泄洪閘，主要對付暴雨形成的突發(fā)性洪水來襲。3孔引水閘 和5孔泄洪閘于1998年，2001年進行了多次改建加固加高，建后初期運行效果比較好，但隨著時間推移，推移質和懸移質泥沙淤積日益嚴重，大量泥沙淤積在渠首閘后至大度槽段河床沉積，河床每年都抬高，由于下游河床不斷抬升，渠首排沙系統(tǒng)作用難以發(fā)揮，造成渠首水利樞紐運行困難和工程嚴重磨損。下游灌區(qū)農田干旱矛盾日趨突出，解決引水問題成為金溝河流域管理處重中之重。

2 金溝河流域渠首引水排沙三級處理體系

金溝河渠首引水排沙三級處理體系包括:閘前一級處理，閘后沉沙池二級處理，總干渠排沙三級處理。

2.1 閘前泥沙淤積排沙處理

第一級處理體系主要是把閘前的泥沙攔截在引水閘前進行一次處理。主要的水工建筑物有，潰壩，鉛絲籠挑水壩，非常泄洪閘，泄洪閘，攔石柵。大部分的泥沙在這一級系統(tǒng)被排到閘后下游段。

2.2 潰壩

根據金溝河流域每年汛期防洪要求，為防止特大洪水可能對水利工程造成破壞，金溝河流域在非常泄洪閘的上游修建了長60 m的自潰壩，潰壩結構上部分為臨時沙袋壩，中部用混泥土預制塊襯砌，下部分為80 cm寬混凝土漿砌石墻壩，墻壩后設鋼筋石籠和鉛絲籠護底部。這樣的結構即保證了在特大洪峰洪水能順利分流下去。又滿足了在洪水退后能夠及時恢復引水的要求。該潰壩的設計主要目的是防洪，在使用中發(fā)揮巨大的作用。

2.3 非常泄洪閘與泄洪閘作用

金溝河渠首共有8孔泄洪閘，分別是非常泄洪閘1，2，3孔主要對暴雨形成突發(fā)型洪水分流的作用，泄洪閘1，2，3，4，5孔主要對抗冰川溶雪型洪水和泥沙排泄地作用。

2.4 輸沙道

輸沙道就是1孔泄洪閘，是一級處理體系中最主要的工程設施，它的主要工作原理是通過閘前弧形導流堤及欄石柵將攜泥沙洪水送入1孔泄洪閘，然后通過閘后的輸水輸沙通道將泥沙輸送到下游河道。

2.5 閘前鉛絲籠挑水壩

枯水期大河來水長時間不能滿足費爾干式彎道推移質和懸移質泥沙流動的要求，大量泥沙都堆在閘前縱深500 m處，閘前淤積成一座沖淤積平原，把大河來水抬高到從關閉泄洪閘門上益處，給下游農田灌溉造成引水困難，為了改變引水的需要，金溝河流域在渠首設置了三道挑水壩。挑水壩采用鉛絲籠結構組成，底寬4～5 m，頂寬2～2.5 m壩長為30～35 m，與水流方向形成偏角30°～45°。運行證明，當洪水經過挑壩之后，帶著泥沙地主流水體將其攜卷出閘后。

2.6 攔石柵

攔石柵和輸沙道在設計上為一個整體，由于閘前泥沙淤積比較快，攔石柵每年也不斷地加高，作用是輸沙道排沙時主流水體卷著泥沙被攔石柵截在引水閘前，減少入干渠的泥沙量。減少對干渠邊坡渠底地磨損和破壞。

2.7 閘后泥沙淤積二級排沙處理

第二級處理體系主要是渦管把沉沙池干渠推移質和懸移質泥沙排處去。進行機械疏導渦管明渠泥沙，防止泥沙堆積在明渠阻礙渦管排沙。主要水工建物有1號渦管在沉沙池沖沙閘底部，當時建好后排沙效果特別好，經過幾年的運行后排沙效果每年下降，直至淤堵死后用人工和機械清通。2號渦管在0號閘接入口處，排沙效果不理想，因為水流到那發(fā)生紊亂，只有一小部分泥沙排出明渠，時間長了明渠還發(fā)生淤堵，現(xiàn)在已經報廢不能使用。3號，4號渦管在上干50～200 m處，水流經過平穩(wěn)不發(fā)生紊亂，推移質泥沙移動渦管處就被渦管截流，經過幾年的運行證明使用效果良好。

2.8 沉沙池的作用

曲線沉沙池的作用:當水流進入引水閘后，所攜帶的泥沙在沉沙池沉積，經過沉沙池中1號渦管排出到管后明渠，用1孔泄洪閘棄水送至輸沙道尾部，再利用輸沙道大水流將泥沙輸送至下游河道。10 a前渦管排沙效果非常有效，使用時能夠很快地將泥沙排出，且沙多水少，這導致泥沙排出往往造成管后明渠淤積，后來經過改造按裝兩孔直徑1.0 m渦管排沙效果非常好。因為兩孔水流量增大泥沙在明渠存不住，所以效果較好。春修期間沉沙池內泥沙每年用機械清淤到2.0 m深左右。保證了水利工程的正常運行和下游農田引水的需要。

2.9 渦管的作用

2001年金溝河流域三期改建中開始在漏斗上游渠道設置渦管排沙;先后在干渠上設置了3處渦管，2號渦管設于0號閘入干渠接口處，使用時發(fā)現(xiàn)截沙效果不理想，基本上排出的是清水，于是，2002年在2號渦管下游50 m處設置了3號渦管，投入使用后效果很好。然而，2003年3號渦管開始淤堵，采用機械疏導后才能保證正常開啟使用，3號渦管使用到2004年因管后嚴重淤積停用，2004年在3號渦管下游200 m處又建4號渦管，排沙效果非常理想。分析認為2號渦管位置在曲線沉沙池與干渠接口處，此處水流湍急紊亂，泥沙在此處懸浮與水中，經過渦管并未被渦管截住;3號4號渦管處水流太均勻，推移質和懸移質泥沙經過渦管時大部分被截走，順利排出。由于渦管排泥沙多水少，泥沙排出后，水流不足以將其輸送到遠出，因此管后必然會發(fā)生淤堵，可采用機械疏導清淤保證工程運行。渦管的使用必須滿足水流態(tài)及管后場地的要求。

3 漏斗排沙處理

第3級排沙處理體系，主要是把漏斗3號4號渦管沒有被排出大顆礫泥沙從漏斗排處。防止破壞干渠。

3.1 漏斗的作用

通過設在渠道內的截沙槽將泥沙引入漏斗，在漏斗螺旋流的作用下，將泥沙排出，清水從上部重新流入干渠，漏斗自投入使用后，在2001和2002年多次發(fā)生淤堵，主要原因是入渠的泥沙量多，進入漏斗后導致水體螺旋流作用減弱，加上輸沙明渠上翹，水流速減緩泥沙不能及時輸出，從而導致淤堵，2002年以后在運行中查找原因，金溝河干渠漏斗又被多次改進，降低了明渠坡降，擴大了漏斗洞經等方法，在一定程度上緩解了泥沙的壓力，但效果仍然不理想。

3.2 漏斗與渦管的聯(lián)合使用

單一使用漏斗或單一使用渦管運行都能使漏斗或渦管淤堵，在以往的運行中，我們已經證明漏斗從已上幾年運行情況來看，停用渦管時漏斗水流旋轉馬上減弱，甚至發(fā)生淤堵死;停用漏斗時，渦管不能將泥沙全部截走，一部分泥沙任然可以進入下游干渠，當兩著同時開啟使用時，進入下游的泥沙量就很少了。而且還不造成淤堵，通過以上幾年工程的運行情況來看，我們發(fā)現(xiàn)使用漏斗與渦管同時運行時，下游干渠邊坡渠地磨損很小，幾年運行都未出現(xiàn)渠道透底現(xiàn)象，訊期也未進行長時間停水檢修。運行證明，在渦管與漏斗的聯(lián)合使用當中，渦管可以將多數(shù)中徑顆礫泥沙帶走，漏斗截走大顆礫泥沙排出，兩著形成互補作用關系。

運行證明，以上3級排沙體系就能夠從根本上解決金溝河水利樞紐泥沙淤堵的問題，解決全灌區(qū)農業(yè)供水的需求矛盾，給廣大灌區(qū)農牧民造福。

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