簸箕李引黄灌区水沙分布及优化调度的经验(冯玉坤, 周景新)

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簸箕引黄灌区水沙分布及优化调度的经验水利论文sQ3x-@IJ$p

冯玉坤, 周景新

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(山东滨州地区簸箕李引黄灌溉管理局)

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摘要:灌区利用水沙观测所取得的资料和试验数据,运用水沙运动力学理论,总结分析和揭示了灌区水沙分布的规律和特点。在此基础上,结合灌区的实际运行情况,围绕减少骨干渠道的淤积进行探讨、研究,进而,优化水沙调度方案。该方案实施后,骨干渠道减淤效果明显,取得了成功的经验。水利论文@3o4V@2@-r|B7J

关键词:水沙调度;骨干渠道;分布;含沙量;区域;簸箕李

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作者简介:冯玉坤(1943-),男,簸箕李引黄管理局工程师。水利论文,~~N W B5X

1 基本情况

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  灌区位于黄河下游北岸的山东滨州地区,纵贯惠民、阳信、无棣三个县,控制面积3010km2设计灌溉面积10.9km2。骨干渠道有东、西条渠、总干渠、一干渠、二干渠组成。引黄闸设计流量75m3/s。自1985~1998年有水沙观测资料以来,多年平均引水4.78亿m3,引沙442.6万t,引水含沙量9.26kg/m3,引水流量40m3/s。其中1989年引水引沙最多,引水达8.53亿m3,引沙1099.2万t。全灌区引水引沙分布情况(见图1)。

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    灌区于1985年开展水沙测试工作。自1989年以来,与中国水科院泥沙所多次合作,结合黄淮海平原农业开发和“八五”攻关科技项目,开展了比较系统和规范的水沙观测。在各骨干渠道上设置了20个测沙站点,定时定点取水沙样。取水沙样抓住了点位、时机、收取三个重要环节。每个水沙样都做含沙量测定,部分水沙样进行粒径分析。在收取水沙样的同时,对引黄闸、夹河等主要站点,观测水位,实测水深,流速和过水断面等。引水期结束后,对部分测沙站点的渠床断面进行实地测量,并取渠床淤积物,进行干么重测定和粒径分析。最后根据研究内容和科研项目要求,将测验资料和数据,运用水沙运动力学理论,进行计算、回归分析和验证,从中总结和找出灌区水沙分布规律及特点。

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图1 灌区1985~1998年引水引沙分配情况水利论文 fC4siGm

Distribution conditions of diversion water and  sediment in Bojili Irrigation District in 1985~1998水利论文k \_3_|Q|

2 灌区水沙分布特点

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  利用水沙观测资料和分析成果,结合灌区历年的渠床断面测量及清淤资料,进行整理,计算和研究分析,从中显示出灌区水沙分布特点。

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2.1 引水引沙随季节的变化特点水利论文S'{ {#pK7_l6@

2.1.1 渠首引水引沙特性水利论文 V+aTk-hG7O K

  渠首引黄闸引水、引沙、受黄河来水来沙条件的制约。从1985~1998年实测资料可知,当黄河在大水期和洪水期,入渠含沙量小于或接近黄河平均含沙量,一般情况或小水期,入渠含沙量大于或接近黄河含沙量。究其原因是,当引水比较小时,引水对黄河水流量没有什么影响,黄河主流居中,引水主要引其边流,不存在黄河溯源冲刷和口门拉沙现象,所以大水期入渠的含沙量小于黄河平均含沙量。而小水期和每次引水的前期情况正好相反。

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2.1.2 引水引沙随季节的变化特点水利论文9b"ToMS4W"|

  灌区引水,不同的季节,引沙比例和引水比例是不同步的,从多年资料测知,春灌引水占60.4%,夏秋灌引水占21.9%,冬灌占17.7%。引沙比例则有所不同,春灌引沙占48.8%,夏秋灌占39.1%,冬灌占12.2%。显然不同季节引水和引沙的比例是不同步的(见图2)。水利论文&zyO3k2Og$X3P:I

  灌区引沙直接依赖于黄河水沙变化和引水量,在同样引水量的前提下,黄河含沙量越大,其引沙量越多,会导致骨干渠道淤积严重。显然,夏秋灌引水占全年引水量的21.9%,而引沙量却占全年引沙量的40%。因此,夏秋灌时引水,应对引水含沙量的大小给予充分的考虑,同时用加大引水流量进行调剂控制。水利论文;nqmKZ V+b"\gR

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图2 灌区各灌溉季节引水引沙比例水利论文7B8dACC5Q

Rate of diversion water and sediment in Bojili Irrigation District during each irrigating season

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2.2 灌区上、中、下游区域水量分配特点

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  灌区内不同的灌溉区域,各引水季节的引水比例有所不同,灌区上游(东条渠、总干渠、二干渠首到陈谢站),春灌引水比例为67.9%,夏秋灌为19.9%,冬灌为12.2%。而灌区下游(二干渠白扬站以下,一干渠于王桥以下等),则分别为51.5%、25%、23.5%,中游介于它们之间。这一特点说明了在含沙量较高的夏秋冬灌季节,上游渠道负担输水、输沙的任务大,此季节渠道淤积现象相对的严重。水利论文7v_.vd/P?

2.3 灌区泥沙的区域分布水利论文1aM3o:M(i

  区域是指骨干渠道及两侧下级渠系及所灌溉的农田面积,对1985~1998年的实测水沙资料与有关断面的测量和年度清淤量,进行了对比计算、分析和验证。各骨干渠道来沙量与区域间的泥沙淤积分布情况(见表1)。

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表1 灌区1985~1998年骨干渠道区域内泥沙分布表水利论文/p Y;QRBi7P:w

Sediment distribution in the district of main canal in 1985~1998

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骨干渠道下级渠系田间灌溉灌溉方式
区域名称多年平均
来沙量淤积量占比例淤积量占比例淤积量占比例
×04t×104t%×04t%×104t%

灌区442.6184.141.6137.531.1121.027.3
东条渠区域126.475.359.621.517.029.623.4半自流灌溉
总干渠区域73.822.530.528.638.722.730.8自流灌溉
一干渠区域35.816.145.19.727.110.027.8提水灌溉
二干渠区域206.670.234.077.737.658.728.4提水灌溉

2.4 渠道冲淤交替变化规律与含沙量及悬沙粒径组成沿程变化的关系水利论文^cGovH

  渠道的淤积和冲刷都不是单向发展的,而是相互交替时而淤积,时而冲刷。冲刷和淤积主要取决于来水来沙条件和水流挟沙能力之间的对比关系。当进口含沙量大泥沙较粗,来水流量较小,流速较慢,渠道就会淤积,反之,渠道就会冲刷。从1985~1998年实测水沙资料计算分析得知,东条渠(自引黄闸——夹河站),含沙量进出口沿程减少速率大,悬沙粒径细化,故淤积现象严重。自1995年后,含沙量进出口沿程减少速率小,渠道淤积程度显著减轻。其他骨干渠道也符合上述关系。各骨干渠道含沙量沿程变化总的趋势(见图3)。水利论文N7v}8z]1{ Y Y

 

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图3 历年骨干渠道含沙量沿程变化

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Sediment concentration change along the main canal for different years

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  床沙粒径的变化与渠道的冲淤变化也有联系,从床沙粒径的资料分析,骨干渠道从上游到下游乃至田间是沿程细化过程,而且骨干渠道以上的床沙(淤积物)大都是粒径在0.05mm以上的粗质沙土,送到田间的几乎全是小于0.03mm的泥类土(见表2)。水利论文5sRF5o)G&\Ap

表2 灌区床沙(淤积物)粒径沿程变化情况表水利论文&d!D[T%I EfX5cF

Variation of medium diameter of bed load (deposition)along the

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canal in Bojili Irrigation District水利论文:PO x [ Om,Z9kWmZ


位置东条渠总干渠二干渠一干渠支渠田间

床沙粒径D50(mm)0.0690.0670.0480.0550.056~0.0150.03~0.013

3 灌区水沙调度的经验水利论文9f:ZMnq-dT

  在认识上述水沙分布特点之后,根据灌区实际情况,逐步实施下述水沙调度方案,在骨干渠道减淤中收到明显的效果,取得了较成功的经验。

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3.1 总干渠衬砌和二干渠扩建工程水利论文~p5n$R K9nr,L

  总干渠衬砌后,输水能力由原来的45m3/s提高到55m3/s,流速也提高了1.2倍,大大提高了输沙能力。衬砌前年平均淤积量为25.7万t,而衬砌后年平均淤积量为2.6万t,仅为衬砌前的1/10。二干渠扩建后,输水能力由原来的28m3/s,提高到40m3/s,流速和输沙能力有所提高,保证了上游的水沙输送。水利论文'\ujgo.BF.Z8W.~

3.2 调整东条渠比降水利论文 Y;QBP3|R gq

  该灌渠因受夹河涵洞底板的限制,原设计有三段不同的比降,其中尾部有800m的倒比降。此比降的分段方式,虽然不能增大条渠的纵比降,但可以改变水面线和泥沙淤积分布。导致条渠上游段,输沙能力大,较粗的泥沙首先淤积下来,但淤积量较少。下游段输沙能力小,较多较细的泥沙淤积在尾部,反过来,又影响上游渠道的输沙能力,发生溯源淤积。为此,1995年清淤时对上述比降调整为两段,尾部倒比降调整为1/7000。比降调整后,东条渠淤积量明显减少。由1995年前的年平均淤积量为130万t,降为近3年年均淤积量为60万t,减淤1/2还多。

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3.3 重视水沙调度,实施最佳方案水利论文4u"W]4M*g#^

  所谓水沙最佳调度方案,就本灌区而言,就是将东条渠的水流泥沙输送到二干渠的最下游,把一干渠及支级渠系的水流泥沙送至田间。为了达到这一目的,灌区自80年代末,十分重视水沙调度,并为此多次试验,一直探讨并实施最佳方案。我们将近期水沙调度方案分述如下。水利论文_;d7E ~.bNA%v

3.3.1 以实测含沙量调度引水流量水利论文_7z8~PZ1jX

  渠道的冲淤都与含沙水流的流速,引水流量,含沙量大小及泥沙粒径有关。通过多年的水沙观测资料和各级渠道断面的实测的数据分析可知,各骨干渠道不冲不淤状态下,以上各因素的关系界限。(见表3)根据本表界限,以实测含沙量,调度引水流量,尽可能的达到渠道不冲不淤状态。

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表3 骨干渠道不冲不淤状态下流速、流量及含沙量的关系界限表

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Relationships among flow discharge,velocity,and sediment concentration in水利论文 w7F-]r zwDsn8k

condition of equilibrium of erosion/deposition of the main canal

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渠道名称渠道状态流速(m/s)含沙量(kg/m3)引水流量(m3/s)泥沙粒径D50(mm)

东条渠不冲不淤0.55~0.808~1535~500.01~0.03
总干渠不冲不淤0.80~0.9510~2530~400.01~0.03
一干渠不冲不淤0.65~0.803~10100.008~0.025
二干渠微冲0.85~1.0010~2525~300.008~0.025

3.3.2 按季节实施不同的引水调度方案

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  (1)春灌期,我们抓住了“抢早抓晚”和“冬蓄春用”的水沙调度措施。在含沙量不超过5kg/m3时,只要引黄闸能引出20m3/s,就坚持提闸引水。如黄河水情好,引水流量尽可能接近设计流量,以60~70m3/s为最好。

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  (2)夏秋灌期,此期黄河来水多,同时含沙量也大。所以引水时对含沙量的大小应给予充分的考虑。当含沙量超过25kg/m3时,不能引水。如急需引水抗旱,应以大流量引水为主,且速引速停。

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  (3)冬灌期,此期黄河水较丰,含沙量一般在8~15kg/m3,正是引水的好时机,引水除满足农田灌溉外,可以集中蓄满水库、池塘、水窖等。还可以利用大流量冲掉当年的淤积,达到年内冲淤平衡。水利论文w!p1ai |N5K.F`b

3.3.3 不同灌溉方式的水沙调度

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  (1)自流灌溉:此灌溉方式支渠取水口多为涵闸式引水,取水口底板略高于干渠。引水进沙类似引黄闸的引流情况,所以在引水时,应按设计流量,尽可能大流量引水,这样能加快支渠水流流速,提高挟沙能力,让更多的泥沙进入田间。

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  (2)提水灌溉:一般用泵站和抽水机械取水,取水口可以布置在任何不同水深处。另外,泵站提水,会很快使上游水位降低,流速加快,挟沙能力提高。为此,对提水灌区,我们实施泵站布置合理,取水口设计在相对水深0.4以下。该灌区二干渠上游用此调水方案,多年来一直没有淤积现象。

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3.3.4 协调灌区上、中、下游的用水供需关系

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  受灌区位置和来水条件的限制,上、中、下游用水矛盾时而发生。此时,我们的水沙调度方案是①集中灌溉,实行轮灌。在轮灌期强调昼夜不停的引水。严格限制轮灌时间。②分配引用水指标,在渠首引水量给定的情况下,可根据上、中、下游的渠系和灌溉面积及人畜饮用水情况,客观地制定分水指标,分水指标应优先考虑人畜饮水需求,尔后在所分的用水指标内可自行灵活调制,轮灌方式可在本区间进行。如灌区在1996年春灌期间,就是采用了这种水沙调度方案,上、中、下游用水各单位都比较满意。水利论文(}%z]4dS6Zo

4 结语

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  灌区通过水沙观测工作,对水沙分布规律及特点有了比较全面的认识,在此基础上提出并实施了减少骨干渠道淤积的水沙调度方案。收到明显的效果①东条渠淤积量明显减少由1995年前的平均淤积量为130万t,而近3年平均淤积量为60万t,减淤一半以上。②总干渠衬砌后,年平均淤积量仅为衬砌前的十分之一。③二干渠扩建后,输水能力,流速和挟沙能力大大提高,保证了上游骨干渠道的水沙输送。二干渠经运行10年,没有发生淤积现象。④根据含沙量的大小,确定引水流量;采用轮灌协调上、中、下游的供水关系;不同的灌溉方式,采用不同的引水措施。均收到减少骨干渠道淤积的显著效果。水利论文N%K T)fV|e

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