引黄灌区水沙综合利用及渠首治理(王延贵, 胡春宏)

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引黄灌区水沙综合利用渠首治理水利论文y$[kC:`1KSP

王延贵胡春宏水利论文6D:I1|ih0iB$a*A'^

(中国水利水电科学研究院泥沙研究所)

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摘要:本文总结了引黄水沙综合利用的技术特点,其中包括淤改、稻改、淤临淤背、浑水灌溉和建筑材料的转化:指出各种泥沙利用技术在不同时期的作用是不同的,比如淤改和稻改是60和70年代泥沙利用的重要形式,浑水灌溉则是80和90年代泥沙利用的重要组成部分。渠首地区一般是受害者,结合灌区的实际情况进行渠首综合治理是十分必要的;本文进一步论述了渠首治理的主要内容,其中包括淤灌、发展经济林、沙化治理等。

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关键词:引黄灌区; 水沙综合利用; 渠首治理; 淤灌

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基金项目国家自然科学基金和水利部联合资助项目(59890200)

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作者简介:王延贵(1963-),男,中国水科院高工。

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1 引言水利论文zu$DB GRg

  引黄对黄河两岸的工农业发展发挥了重要作用,但也走过了曲折坎坷的发展道路。引黄灌溉近50年来大致经历了初办(1952~1957年)、大办(1958~1962年)、停灌(1963~1964年)、复灌(1965~1972年)到稳固发展(1973~1980年)和科学引黄发展(1980年以后)等几个阶段。在几十年的引黄和泥沙处理过程中,在水沙综合利用方面作了大量的工作,取得了有益的经验,如淤改、稻改、淤临淤背、建材加工和浑水灌溉。水利论文'gz)t u!B iP}

2 淤改和稻改水利论文}(i)}%U)wt eVv

2.1 引黄泥沙的组成及肥效

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  人们从长期的生产实践中已逐渐认识到,黄河泥沙是一项十分重要的生产资源,汛期洪水具有含沙量高、泥沙细的特点,而且所挟带的泥沙具有相当数量的农作物生长养分(如表1),对农作物生长十分有利。放淤集改碱、平整土地、改良土壤结构、增加土壤肥力等多种功能于一身,能起到一举多得的治理效果。通过表2所示放淤前后养分可知[1~3],放淤后的肥效显著提高,有机质含量和全氮分别比淤前高0.3%和0.03%,速效磷、钾比黄淮海平原区分别高4~7倍和1.4~1.6倍;盐分减少,重盐碱沉沙淤改后全剖面脱盐率达50%~80%以上,对农作物生长十分有利。水利论文(ni!d hL)a Cc

表1 洪水泥沙所含养分

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Nutrient content of sediment in flood flow水利论文zzi2U)U(GS:~l


平均粒径(mm)有机质(%)含氮(%)碱解氮(ppm)速效磷(ppm)速效钾(ppm)

0.01841.070.0132020360

  河南的人民胜利渠和山东荷泽、德州和滨州等地区的引黄灌区先后进行了放淤和种稻改土工作。据统计[4],到90年代初期,黄河下游地区放淤改良土地348万亩,发展水稻改地180余万亩(其中河南省约130万亩,山东省约50万亩)。在改变低产盐碱荒地面貌成为粮棉生产基地的同时,还大大改善了灌区的土壤环境、生活环境和社会环境,取得了巨大的经济效益和显著的社会效益。

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表2 放淤前后土壤养分水利论文;dVn9n/X'glTGj

Comparison of soil nutrient before and after warping

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地区时期有机质全氮速效氮速效磷速效钾全盐脱盐率
(%)(%)(ppm)(ppm)(ppm)(%)(%)

胡楼36.321.03(0.5~3.0)156(136~170)0.12~0.96
灌区

(64.431.9~水利论文e*Li f*n#Zk5mD}

163.8)

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9.7(0.7~28)

190.8(155~水利论文f3EXOa8_r

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刘庄0.23~0.580.03~0.04421.2~91.9210~4100.15~0.225
灌区0.53~0.880.06~0.07439.4~61.35.3~13.13150~2560.015~0.02550~80

人民胜利0.37~1.32
渠灌区0.5~1.070.013~0.3420203600.16~0.5326~73

2.2 放淤工程的技术及经验

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  结合1988~1990年水科院在山东邹平县胡楼灌区和滨州簸箕李灌区渠首附近进行的淤改工程,文献[3]系统论述了放淤技术。

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  ①王延贵等。簸箕李灌区渠首赵坊村淤改试点总结及簸箕李灌区渠首堆沙规则(油印)1991.1

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  在整个放淤过程的规划设计和实施过程中,主要考虑以下三个方面:①淤改可能性及渠道淤积少;②淤区是否能满足“平厚匀”的放淤要求;③放淤工程投资及用工是否较少。为此从放淤工程的论证到结束,以上述原则为准绳,结合淤区的实际情况,根据水沙运动基本规律,采用一些新的放淤技术和放淤措施。其中包括:大流量集中自流放淤、抓住放淤关键时期、采用活动底板排水口、先动灌后静灌及回灌、采用多口进退法放淤、放淤结束于低含沙量期间、因地制宜就地取材、修筑导流堤等。

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2.3 稻改及技术

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  在引黄灌区的上游地区(比如人民胜利渠[2]),为了改良盐碱地,从50年代开始试验种水稻并获得成功,积累了稻改的宝贵经验。随着稻改工作的不断发展,近期很多灌区直接用浑水进行稻改,以水沙利用和土地改良为双向目标,这样既改良了低产盐碱地,又利用了泥沙资源,提高了土地肥效。如山东邹平渠道稻改2500亩,其直接经济效益非常显著,稻改后土地产量由原来的250kg/亩增至800kg/亩,有的甚至达到吨粮田。

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  ②中国水科院泥沙所等,山东邹平胡楼灌区渠首稻改工程的设计与总结,1989.

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  灌区上游利用水沙资源改土增收、下游利用稻田退水灌溉的模式对处理泥沙来讲是非常有利的。水稻生长期贯穿整个汛期,据调查引黄灌溉的含沙量一般在20~40kg/m3,亩毛灌水量在1000~1500m3,引沙量约30~45t,稻田每年要抬升4cm。结合种稻改土和水沙资源综合利用的原则,在稻改过程中需要注意以下几个主要技术问题:水利论文R\)r DP6m/~{!gC

  (1)盐碱地淤灌稻改要有统盘规划。需要考虑水源、排水和当地农民生产力发展等条件。要连片种植,水旱接壤处,要有截渗设施。水利论文+{S T,N._yK$uu6r@

  (2)稻改引水要设置专门控制闸门。高水位时自流引水,低水位时提水灌溉,即高闸高引水利论文uS#Ei7ks:G

,底闸提水的方式。

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  (3)支斗渠砌衬、断面合理设计。通过渠道衬砌减小糙率及断面合理设计(如断面为梯形,边坡1∶1,宽深比合理)以提高支斗渠的输沙能力,减少淤积。水利论文 p-a"U\hO8sQ2w

  (4)加强管理、采用轮流集中灌溉。通过从上到下或从下至上逐片轮流集中灌溉的方式,可以提高支斗渠的输沙能力,但需专人负责,加强管理。

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  (5)渠系合理布置。稻田以田字形状合理分割开来,每一口字片过大不利于耕种、灌溉和输沙;过小田埂占地多、不利于管理。划分稻田和布局灌溉渠系以尽可能减少渠道条数为准则。

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  (6)加强截渗排水。在稻改区周围开挖截渗沟,做到排水畅通以免产生涝灾和其它非稻区的次生盐碱化;严防浑水排入排水沟,若排水沟淤积应及时清淤。水利论文.wJ,_C1`#H]qA9A

  (7)排水的综合利用。稻改区的用水是有限的,稻田退水有计划地用于下游地区的灌溉或补源。水利论文0X N,zr z#K,C Wr

  (8)节水种稻。节水种稻主要包括节水灌溉(如水稻用水随旱作物每年只施放几次关键水,集中灌溉)和新播栽技术(如旱播栽的湿润灌溉技术,节约用水)。山东省美家堡灌区80年代进行了水稻节水灌溉和优化配水的试验研究。结果表明稻区年用水量可从黄河下游稻区年平均用水量1000~1500m3/亩大大减至毛用水量660m3/亩(节水灌溉)和净用水量仅为316.5m3/亩(湿润灌溉),进一步说明种稻节水潜力是非常大的。水利论文,s^&uv\a2v1uy6L

  (9)井渠结合灌溉。为了提高水源保证率,增强对地下水的调控能力,在淤灌稻改区只要地下水属于淡水或微咸水,应当推行井渠结合及地表水和地下水联合运用的灌溉方式。水利论文k yz.M.Z

3 浑水灌溉引沙入田水利论文.U'_w2x/X0j9]

3.1 渠系浑水灌溉水利论文H&k*?&kq Z

  80年代以来,由于引黄灌区受沉沙条件的限制及对水沙资源认识的提高等因素的变化,黄河下游引黄灌区出现了浑水灌溉(河南浑水明渠自流灌溉和山东浑水管道灌溉)的模式。尤其是河南省部分灌区,充分利用其地形比降较大的有利条件(比降一般大于1/5000),直接将泥沙输送到田间的浑水灌溉方法(如河南的祥符朱灌区),为有效地解决引黄灌区的泥沙问题开拓了一条新的途径。河南省人民胜利渠灌区于1988年由过去的渠首集中沉沙改为浑水灌溉后,渠首沙化大为减轻,而且泥沙进入田间的比例大大提高。浑水灌溉输沙入田应具备一些必要条件,如在上游需建设沉沙池用以集中处理部分粒径0.05mm以上的粗颗粒泥沙;灌区渠道具有一定的输沙能力(大的渠道比降、优佳的断面和渠道衬砌等);先进的灌溉管理,使渠道处于设计条件下的良性运行(过渠流量不应低于设计标准的80%),避开沙峰引水,尽量减少引水的含沙量等。水利论文WC'a+v+q7d&g I*?I6w

3.2 管道浑水灌溉

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  由于管灌具有多方面的优越性,80年代后期把低压管道灌溉技术引入引黄灌区,作为分散管灌处理泥沙(输沙入田改良土壤)、节水的具体工程措施。山东陈垓灌区于1988年至1992把沟引提灌管灌推广了3.75万亩,以及中国水科院和邹平县水利局1989年在胡楼灌区输沙渠一侧进行浑水管道灌溉试验300亩,都取得了很好的效果和经验。山东省水科院等于1991年至1993年在位山灌区西输沙渠西侧(沉沙池以上)兴建浑水管灌试区1200亩,最大输沙距离为2090m,设计输水含沙量10.58kg/m3,直接输送不经沉沙的浑水入田灌溉取得成功。由于管灌工程目前投资较大,还没能得到大面积的推广,但该技术将节水、控制地下水位、输沙入田等结合为一体,具有多方面的综合效益。随着社会经济的发展和科学技术的进步,浑水管道灌溉将很快成为引黄灌区分散处理泥沙方式的一项具体措施,具有重要的战略意义。水利论文pMoc Zy|n

4 淤临淤背和黄河防洪、灌区灌溉相结合水利论文W9e,t*iC+cC;]

4.1 淤背围堤,提高黄河大堤防洪水能力水利论文+};X {o,QJl5@,{+w

  黄河下游段河床一般高出地面3~5m,两岸的防洪安全以大堤为屏障,大堤外侧存在着宽百米至数公里原黄河浸润带和背河洼地。目前黄河河床仍以每年约0.1m的速度在不断升高,堤平均十年左右需要大修加高一次。这就形成了黄河防汛日益严峻的客观形势。河务部门50年代开始淤临(淤顺堤串沟、修堤取土坑塘、洼地等)淤背(背河洼地),60年代实验扬水沉沙固堤,70年代以来全面开展机淤固堤;作为全局性的防洪和泥沙利用,80~90年代国家投入资金专门进行淤巩相对地下河的研究工作。

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  几十年来,黄河下游利用泥沙开展了淤背加固大堤的工程建设,累计淤背长达708.4km,淤土方4.03亿m3。淤临淤背有效地减少和防止了大堤渗水、翻沙和管涌等险恶情况的发生,大大提高了黄河大堤的抗御能力,保证黄河下游50年来伏秋大汛安全,取得了巨大的社会效益和经济效益。水利论文+?RH ~,{ [4uz f

4.2 淤背沉沙清水灌溉

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  这种方式是将沉沙池紧靠黄河大堤背后布置,经过沉沙的水用于灌区的农田灌溉。如山东早期的小开河、刘春家、道旭等灌区在某一时段内都曾采用过这种方式,特点是不仅处理了泥沙、加固了黄河大堤,又能达到“清水”灌溉的目的,水沙各得其用,具有显著的经济与社会效益。实现淤筑相对地下河和引黄灌区泥沙处理相结合将具有重要的双重战略意义。水利论文U1u%N/y2nO(Y

5 泥沙至建筑材料的转化

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5.1 洪水泥沙至建筑材料的转化

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  通过对山东河南部分灌区的调查发现中国水科院泥沙所。典型灌区的泥沙及水资源利用对环境及排水河道的影响,1995.12.,在灌区渠首建有很多大型乡办或村办砖厂,其原料大都是取用洪水泥沙。其做法是首先规划低产田(包括盐碱地、低洼地)进行取土烧砖,次年在附近再重新另辟新地用土,同时引黄河洪水放淤上一年取土坑地,泥沙沉积下来,清水用于农田灌溉,淤改后的土地既可以还耕变成丰产田,也可以继续用作第三年的取土之源;第三年或另辟新地取土,或用上一年淤地取土,同时继续引黄河洪水淤第二年的取土坑地。如此循环往复,洪水泥沙转化成建筑材料,既提高人民的生活水平,又达到处理泥沙、清水灌溉的目的。如山东郓城的苏阁灌区渠首附近就有7个砖厂,河南黑岗口灌区沿南干渠就有10个砖窑厂。水利论文1U;RV7c?Mw7TM^

5.2 清淤泥沙综合利用水利论文 KH'l`-[#N0n%E

  目前引黄灌区清淤泥沙用于两个方面,一是建筑材料的转化,即利用清淤泥沙转化为灰沙砖和加气混凝土;二是农用土,有计划地让农民搬运用作宅基或其它,解决农民用土难的问题。这两个方面的目的是逐步吃掉清淤泥沙。水利论文V5a?yViH&W'H

  沉沙池及条渠泥沙堆积越多、堆积越久,对周围环境影响越大,因此最好能把堆积的泥沙吃掉转化为建筑材料。利用清淤泥沙开发建筑材料主要有三种方式,一是利用沉沙池和骨干渠道清淤出来的较粗泥沙与白灰和其他添加剂等压制灰砖。二是利用灌区中下游清淤出来的细粒泥沙烧制砖瓦,这种方式具有范围广、规模小、群众自发的特点。三是用以生产灰沙砖和掺气水泥,使之成为本地区建筑材料基地。山东刘庄灌区在利用黄河泥沙与水泥掺混压制产品以及东明县利用引黄泥沙制灰沙砖方面取得了成功的经验。水利论文 u%ajYB+P6r+Z

6 渠首综合治理

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  在目前集中处理泥沙的状况下,一般说来,引黄灌区的中下游是受益者(引水灌溉使粮食增产);而上游特别是渠首地区则是受害者,比如渠首次生盐碱地和沙化地的产生。这一受益不平衡直接影响灌区效益的正常发挥,政府和灌区领导部门对渠首地区的综合治理和长期规划应根据本灌区的具特点进行研究。以上谈及的淤改、稻改、建材转化等都是渠首综合治理的主要内容。另外还有[5]②中国水科院泥沙所等。簸箕李灌区的泥沙及水资源利用对环境及排水河道的影响,1995.6.:

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  (1)渠首沙化地的治理:渠首沙化地是影响灌区效益发挥的主要矛盾之一。土地沙化治理的具体措施:①平整土地,提高抗旱防涝能力,改土增肥;②防风固沙措施,包括种草固沙,营造防风固沙和农田防护林带。水利论文%Jb N~:k F0I

  (2)经济林的开发和营造防护林带相结合,比如簸箕李渠首已成为滨州地区有名的果品生产基地,从而提高了渠首群众的生活水平。

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  (3)因地制宜,开展多种经营:利用渠首坑洼盐碱地多、用水便利的优势,进行鱼业养殖。比如簸箕李灌区,根据其特点,渠首改造采用了双管其下的方针,即“挖塘养鱼、弃土造地”,取得了很好的经验。

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7 结语水利论文)V2xB#gJ4r:U

  1.随着引黄灌区工农业的不断发展,灌区需水量将进一步增加,引沙不可避免,泥沙利用是一个不可缺的重要内容。由于引黄两岸灌区的实际情况有很大的差异,其泥沙利用的方式也将随之而变。水利论文 y~&I^7C

  2.放淤工程虽然对改良盐碱坑洼地具有显著的效果,但由于灌区泥沙处理使得坑洼地所剩无几,灌区放淤将受到一定的限制。

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  3.稻改和浑水灌溉既能达到灌溉用水、改良土壤结构的目的,又能减轻灌区泥沙处理的负担,起到分散处理泥沙的作用;浑水管道灌溉还具有节水的效能。这些泥沙利用是灌区值得进一步推广的。水利论文4OK(B\ N]3_

  4.目前黄河仍不断淤高,黄河防洪并不是高枕无忧,两岸大堤需要加固,淤临淤背或淤背沉沙是利用黄河泥沙的重要措施。它们兼顾防洪和灌溉两方面的利益,是值得防洪部门和灌区相互结合实施的。水利论文'k?-C FeUf

  5.对于以挖待沉处理泥沙的灌区,渠首堆积了大量的清淤泥沙,建筑材料的转化或农用转移是一个有效的措施,达到‘以沙养沙、逐渐吃掉’的目的。

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  6.一般说来,引黄灌区的中下游是受益者(引水灌溉使粮食增产);而上游特别是渠首地区则是受害者。灌区领导部门和政府机构对渠首地区进行综合治理和长期规划或政策扶持是必要的。水利论文kos5dP

参 考 文 献

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[1] 陈芳林等。引黄淤改经济效益初步分析。泥沙研究,1991,(3).

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[2] 牛立峰等。人民胜利渠引黄灌溉30年。水利水电出版社,1987.

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[3] 王延贵等。胡楼灌区渠首淤改工程经验总结《水科院青年论文集》。水利电力出版社,1990.11,P270-285.

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[4] 蒋如琴等。引黄渠系泥沙利用。黄河出版社,1996.

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[5] 王延贵,李希霞等。典型灌区引黄对环境的影响。水利水电技术,1998.

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