位山引黄灌区泥沙淤积原因及处理对策(李春涛, 许晓华)

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位山引黄灌区泥沙淤积原因及处理对策

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李春涛许晓华
v iHZr)Ku!`0(山东省聊城市灌溉处)

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摘要:位山灌区是黄河下游大型引黄灌区,渠系泥沙淤积严重,泥沙处理困难。通过采用远距离输沙、集中处理沉沙区泥沙、分散沉沙和节水减淤等技术措施,减少了渠系的泥沙淤积。对清淤产生的泥沙,采取综合开发利用的技术和管理措施,取得了比较可靠的效果。

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关键词:引黄灌区;泥沙淤积;处理利用;技术措施水利论文ua)GjQs`X)l

作者简介:李春涛(1959-),男,聊城市灌溉处高级工程师。水利论文,J1r {%F sq x$t

1 灌区概况水利论文 ih6u.nV6L

位山灌区是黄河中下游大型引黄灌区之一(见图1),始建于1958年,1962年停灌,1970年复灌。复灌后,经过多次调整,设计灌溉面积由28.8万hm2扩大到36万hm2,引水能力240m3/s,控制山东聊城市五县一市二区、110个乡(镇)、5 243个村庄,灌区总人口383万人,其中农业人口296万人。现实灌面积为30.7万hm2,占全市总耕地面积的55%。水利论文#HIGw Q0h

1 山东聊城市位山灌区工程示意图
4Xb&g@3{*G{4A0Fig.1 The Sketch map of the project of Weishan Irrigation Region of Liaocheng, Shangdong Province

灌区工程布局按照骨干工程灌排分设,田间工程灌排合一。现有东、西两条输沙渠、两个沉沙区和三条干渠,共有分干渠53条,支渠825条,各类建筑物5000余座,其中,大型调控节制闸12座,渡槽7座。灌区内有徒骇河、马颊河两大骨干排涝河道流域面积大于100km2的支流32条,各类建筑物近3000座。

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引黄济津、引黄入卫工程,均利用位山灌区的西输沙渠、西沉沙区、总干渠、三干渠输水系统,至临清卫运河立交枢纽入河北省,输水长度105km。

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灌区自1970年复灌以来,累计引水量276亿m3,输沙量3.9亿t,其中东西两个沉沙区拦沙总量为9 830万t。东沉沙区设有3个沉沙条渠,西沉沙区设有6个沉沙条渠,占地总面积2253hm2。两沉沙区因自然沉沙能力较小,从1983年开始进行了以挖待沉,现已形成高地1200hm2。灌区内的地形为西南高,东北低,坡降较缓,一般地面坡降为1/10000左右,致使灌区输水条件差。灌区复灌30年来,特别是近10年来,灌区淤积分布规律为:输沙渠落淤占20%,沉沙区落淤占30%,干渠占20%,分干支渠占15%,田间占15%。其中,三条干渠落淤分布规律又有所区别,一干渠落淤主要在中游,固堆王闸至二刘闸之间,淤积较为严重,上游兴隆村闸至固堆王闸之间呈现冲刷现象;二干渠淤积主要在上游周店闸(0+000)至四河头(16+000)区间,年落淤量在80~100万m3,中下游淤积相对较小;三干渠淤积主要分布在上中淤周店闸(0+000)至郭庄闸(56+500)区间。冬季引黄入卫输水期间泥沙多淤积在上中游,上游25km特别严重,据实测淤积厚度达到1.8~2.1m,来年春灌时,由于中下游多用提水泵站引水,大量泥沙随之被引走,春灌后,有时还出现渠底冲刷现象。随着“两高一优”农业的开发,城市工业用水的增加,引黄入卫、济津工程的运用,年引水量逐年增加,同时也引进大量泥沙。近几年引沙量均在1 200万m3以上,两个现用沉沙区使用殆尽,泥沙淤积已到了影响灌区持续发展的地步。为了提高灌溉效益,增加灌溉面积,减轻现用池区压力,延长位山灌区使用寿命,经多次论证研究探讨,结合灌区实际情况,提出:“集中沉沙与分散沉沙相结合,自流沉沙与以挖待沉相结合,泥沙开发利用与扶贫相结合”处理泥沙问题的战略构想。

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2 泥沙在渠系中淤积的主要原因水利论文?+@ Uv @h*ma

位山灌区是黄河中下游大型引黄灌区,由于黄河是举世闻名的多泥沙河流,引水必引沙,造成渠系淤积特别严重,更影响到运用的年限,泥沙在渠系中淤积的主要原因有:水利论文RiO E$vv9d5_

2.1 渠道比降缓、渠床糙率大

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位山灌区处于黄河下游平原,由于受地形地貌的制约,渠道比降较缓,东、西输沙渠比降在1/6000~1/7000;一干渠比降1/10000~1/13000;二干渠比降1/14000~1/12000;三干渠比降1/17 000。输水流速慢,挟沙能力低,是造成渠道淤积的主要原因。东、西输沙渠渠底比降虽相对较陡,输水效果理应较好,但因沉沙池口门淤积,壅水顶托,造成输沙渠自下而上的溯源淤积。一干渠马明智节制闸(24+000)至二刘节制闸(35+400)渠底比降仅为1/13000,马明智以上为1/10000,其中固堆王至马明智段有三处较大分干,致使固堆王至二刘段水流不稳,流速变缓,挟沙能力降低,淤积严重。灌区渠道床面土质多为砂壤土,土质松散,波动较大,糙率大,也是影响流速的重要因素。渠道设计面积过大(包括德州地区),又多处借用原废弃河道,弯道多,渠道为宽浅式,也是造成渠道淤积的主要原因。水利论文 b0lN obn

2.2 引水流量小,流速慢,挟沙能力低

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位山灌区各干渠引水流量实际上多数时间都不能在设计状态下运行,东输沙渠设计流量为80m3/s,实际在运行过程中一般仅有40~60m3/s左右。西输沙渠设计流量160m3/s,但大部分时间也不超过100m3/s。现冬季引黄入卫(济津)流量仅有80m3/s,输水时间达3个月之长,达不到设计引水流量就必然使流速、挟沙能力降低,从而导致泥沙的淤积。

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2.3 高含沙汛期引水

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位山灌区设计引水条件是黄河含沙量低于20kg/m3。近年来,灌区汛期连续出现干旱,持续时间较长,严重制约着农作物的生长。为了保证农业丰收,灌区即使在黄河汛期最大含沙量高达140kg/m3的情况下,也被迫大量引水,由此带来大量的泥沙淤积。例如,1997年全省大旱,仅西输沙渠就全年引水13亿m3,其中夏灌为6.15亿m3,由此带来的泥沙为1 627万t,其中夏秋灌(高含沙期)达1 047万t,放水过后大规模清淤,清淤量是历年来最高的。水利论文s|` zh0J/k1i

2.4 工程原因水利论文 V3z(Fi|._eV!C$o

二干渠周店至四河头段,因四河头渡槽阻水严重,该段弯道较多,渠底比降仅为1/14000,是造成该段淤积严重的主要因素。水利论文*e5u$f$_Z"u.F ^'c-x|

2.5 引黄入卫输水因素水利论文gh,cc(mVu

引黄入卫(济津)输水线路为西输沙渠、三干渠系统,渠底宽度从50m变为12m,比降由1/6000到1/17000,为上大下小渠系。西输沙渠设计流量160m3/s,引黄入卫、济津引水流量只有80~100m3/s,大渠道小流量,输水流速缓,挟沙能力降低,是造成三干渠淤积的主要因素。

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2.6 沉沙区地面普遍淤高水利论文4{e pV7F+N6O*}

位山灌区经过30年的运用,虽经逐年以挖待沉,位于上游的沉沙区地面仍普遍淤高,淤高的结果导致引水闸至沉沙地区间的输沙渠段比降减少,增加淤积,也降低了渠道衬砌后效益的发挥。水利论文h0\@WIE1]

2.7 管理不善水利论文"I*O ??h*F*`

在需水季节,特别是黄河枯水时期,上游渠道两侧群众不按轮灌顺序随意提闸放水,从渠中引水是常见现象,特别是旱期更甚,这种乱引水的结果是使主渠道中的水势减弱,含沙量增高,从而促使渠道淤积。再加上各县市用水时间不同,引水量大小变化较大,也造成渠道淤积。

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3 泥沙处理对策

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3.1 远距离输沙

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3.1.1 渠道衬砌水利论文+~Q P'|:_d`6^%l*U

渠道衬砌后渠槽被硬化固定,断面缩窄,糙率减小,相应加大了输水流速,提高了挟沙能力。东输沙渠长15km,衬砌3.7km后,减少淤积约20%,西输沙渠长15km,由于全部进行了衬砌效果更好,当过水流量为125m3/s时,最大流速达2.07m/s,挟沙能力为18.5kg/m3,淤积量比衬砌前减少50%。三干渠衬砌前每年清淤一次,清淤量在80~100万m3左右,1993年上游13km衬砌后,该段至今没有进行清淤,每年春灌后,底部均呈冲刷现象。二干渠由于过水断面宽,弯道多,渠道淤积更为严重,输水能力只能达到设计流量的60%。1998年进行渠道硬化衬砌后输水流速加大,挟沙能力提高,远距离输沙效果显著,工程运行后输水已远远超过设计流量,截止到目前没出现淤积现象,并恢复灌溉面积2万hm2

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3.1.2 干渠兴建提水泵站水利论文K6E.l};dl6\

位山灌区三干渠由于受地形制约,比降较缓,比降在1/17000,输水流速较小,挟沙能力较低,骨干渠道淤积严重。近年来在干渠沿岸兴建扬水泵站15处,提水能力100m3/s。提水泵站的兴建,缩短灌溉周期,改变了自然输水形态及水面比降,加大了输水流速,提高了挟沙能力,减少了骨干渠道的淤积,达到了远距离输沙、分散沉沙、输沙到田间的效果。每年引黄入卫(济津)输水完成后,根据实测资料分析,三干渠系统淤积在1.5~2m左右,次年春灌后,周店至王堤口衬砌段渠底呈冲刷现象,充分说明了泵站输水作用。目前灌区并在一、二干渠上提倡兴建提水泵站,以达到分散处理泥沙的目的。

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3.1.3 高水位、大流量、速灌速停水利论文o3A&^;J,A4a4C

高水位、大流量是在输水渠道能够承受的前提下,尽量加大输水流量,以便提高输水挟沙能力,远距离输沙,并输沙入田。速灌速停,即提倡集中用水,短期用水,缩短灌溉周期,避免长期引水引沙,如东输沙渠超设计流量引水,年淤积量由过去80万m3减为近几年35万m3

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3.2 集中处理沉沙区泥沙

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3.2.1 自然沉沙水利论文O)EIr6m r8\

自然沉沙多用于低洼地和土壤不好的地方,这种沉沙方式的特点是用工少,施工简单但占地多。根据地形条件和需沉沙数量确定面积,筑一围堤即可运用,沉沙池入口一般不做工程,出口需建拦沙闸,保证泥沙淤积厚度。位山灌区东西两沉沙区在1983年以前,均为自然沉沙方式,目前位山灌区共建有九条沉沙条渠。水利论文n+m-BD{ P:R r

3.2.2 以挖待沉

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以挖待沉是在沉沙区自然沉沙淤平失去沉沙作用后,再用人工或机械清淤造田,一般高出地面7m左右,形成人造高地。这种沉沙方式的特点是占地少,但用工多。以挖待沉方式位山灌区起源于1983年,由于沉沙区两侧低洼地经当地群众治理,已变为丰产田,新占耕地十分困难,为了减少占用土地,充分利用沉沙空间,根据沉沙规划,有计划地对废旧沉沙池进行以挖待沉,达到相应的沉沙作用。水利论文g M$m;] h

3.3 分散沉沙

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分散沉沙处理措施是利用干渠、分干渠两侧的较小低洼地,进行泥沙处理。这些洼地生产条件差,产量低而不稳,极易做分散沉沙处理,以便改造土地。

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3.4 节水减淤

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实行适时引水,集中引水,短期引水,节约灌溉用水,充分利用水资源,减少了灌区的总淤积量。自推行节水减淤以来,灌区少引进泥沙20%以上,既减轻了灌区清淤负担,又解决下游地(市)用水矛盾,起到了事半功倍的效果。水利论文w i-c&jR[

4 泥沙开发利用技术措施

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4.1 输沙渠与干渠的泥沙开发利用

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一是坚持输沙渠和干渠清淤土达到一定高度后不要再加盖新弃土,而是将计划内待占耕地的表土移盖于弃土之上,然后整平,开发利用弃土高地,主要用于农业种植。二是利用弃土于林、粮间作,根据弃土高地顺渠延伸的特点,原先的植树都是顺渠为行,为下次清淤造成不便,为此改为垂直渠道为行,并加大行矩,缩小株矩,使总植株基本保持不变,减少对下次清淤通行的影响。同时,在树木成林产生遮荫影响之前的三年中,仍可种植农作物,实现了利用效益的长远结合,增加了农民的收入。三是有计划的实行堤外弃土,在确保堤防安全的前提下,允许当地群众有计划的在指定地点取土。这样,既解决了当地村民及地方工业建设的用土,也减轻了清淤的占地损失。水利论文.Mu6x!{#a*Z!|D6Pm

4.2 沉沙池区人工高地的开发利用

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4.2.1 盖土压沙,减少环境沙化的影响

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堆积高地颗粒组成粗,地势高,冬春季大风来临容易扬起沙土,引起大范围的环境沙化,所以,沉沙池清淤时必须按标准,将高地垫平,盖土厚0.3~0.5m的粘性土,防止起沙。经过数年的耕种,不断施用有机肥,土壤逐渐熟化,团粒结构增加,土层才能固定不起沙。

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4.2.2 解决好水利灌溉条件,促使旧池还耕水利论文/d|k%u.J`&ietR

位山灌区东西沉沙池清淤泥沙堆成的高地,一般土层结构松软,具有漏水漏肥严重的特点,适合发展喷灌和滴灌,也可用“小白龙”软管浇地,黄豆、花生、白薯都能获得较好产量,其它如棉花、玉米、果树都可以种植,经试验,高地上种植优质苹果不但长势好,且起到固土防沙作用。水利论文|.nea-P,o'~

4.2.3 建设防风林带,改善人工高地区域小气候,起到防风固沙作用

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灌区输沙渠、沉沙区必须兴建防沙林带,改善人工高地区域小气候。林带必须乔木、灌木、草类按比例发展,且与果树、种植业配合,起到防风固沙作用,从根本上改善生态环境,才能获得满意的效果。

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4.3 泥沙的综合开发利用

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位山灌区近年来,平均每年引进泥沙多达1200万m3,不仅给灌区人民造成沉重的劳务、财政负担,同时也带来严重的环境问题,特别是不断侵占耕地。根据对位山灌区输沙渠、沉沙池淤积泥沙取样化验结果表明,二氧化硅的含量在70%以上,利用此种沙掺和一定的石灰等物质后制成的灰砂砖模块其抗压强度为95.9~176.5kg/cm2,抗折强度为25~40kg/cm2,均符合JC135-75部颁标准,由试验结果可看出,利用引黄淤沙制作建筑用材是可行的。为此,灌区于1992年在东输沙渠附近的刘庄村投资建立了一座年产1000万块灰沙砖的小型灰砂砖厂,于1994年正式投产,其经济效益非常可观。灌区有关部门设想规划至2007年在输沙渠及沉沙池附近建成年产3000万块灰沙砖厂23个,可年产灰沙砖6.9亿块,加气磷厂2个,年产加气磷6万m3,到时每年可利用泥沙约200万m3,初步形成以沉沙区为核心,以引黄淤积沙为主要原料的建材基地,逐步取代目前全市900余座以耕地取土为原料的砖厂,可为全市大量节约耕地。

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