吳思遠，呂宏興，李鵬程，吳守軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，西安 712100)

基于引黃提水灌溉泥沙處理方法的探討

吳思遠，呂宏興，李鵬程，吳守軍

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，西安 712100)

山東、河南兩個省的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，全部依賴于黃河的水源，黃河成為這兩省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵因素。隨著引黃灌溉工程的不斷發(fā)展，如何對水中的泥沙進行有效處理成為瓶頸問題。文章闡述了泥沙的處理現(xiàn)狀和存在的主要問題，并介紹了泥沙處理的幾種方法。

引黃提水；灌溉；引水口；淤積堵塞；泥沙處理；利用泥沙；處理泥沙；減淤措施

0 前 言

目前，泥沙問題成為環(huán)境保護和水資源配置上的重要問題，其中制約引黃灌溉發(fā)展的兩個主要因素是沉沙池的建設(shè)和渠道內(nèi)泥沙的處理。而在黃河下游，灌溉的主要問題是泥沙的淤積堵塞。在引黃提水灌溉的同時，要處理好泥沙造成的危害，做到興利除害[1-4]。

1 引黃提水灌溉泥沙處理現(xiàn)狀

隨著人們對環(huán)境保護的意識不斷提高，人們發(fā)現(xiàn)以往的灌區(qū)泥沙處理技術(shù)不完全適應(yīng)當今引黃提水的新形勢。

這兩者的不協(xié)調(diào)具體體現(xiàn)在以下4個方面：

1.1 渠首的防沙處理

對于灌區(qū)的泥沙處理，將泥沙阻擋在進入灌區(qū)前是最好的辦法。

1)黃河下游的河道里大多是細顆粒懸移質(zhì)泥沙，在水中的分布較為均勻。而灌溉引水是無壩引水，導(dǎo)致的結(jié)果就是防沙處理效果不明顯。

2)對比防沙量和沙的總含量可知，渠首的防沙處理如同九牛一毛，數(shù)量很少。

3)在小流量的引水時，水流流速緩慢且攜沙量較高，易形成淤積以致堵塞引水口和引水渠。

綜上，目前渠首防沙的主要目的不在于阻擋一定量的泥沙，而是防止引水口和引水渠的堵塞，從而保證灌區(qū)的引水量[5-8]。

如何更好地利用黃河水資源，既能夠引進含沙水進行灌溉，又能夠保證水在渠道中順利下泄，成為渠首引水防沙的主要問題。近些年黃河水資源比較短缺，為了不影響農(nóng)作物的灌溉時期，采用含沙量較高的水進行灌溉。這就造成了黃河下游的河床越來越高，提高了引水含沙量，為渠系的泥沙處理增加了更多負擔。

1.2 渠道的減淤處理

就目前而言，渠道減瘀一般分為3種方法：

1.2.1 渠道設(shè)計

通過改變輸水輸沙工程的形式避免渠首發(fā)生卡口，或者對輸水輸沙的線路進行優(yōu)化。

1.2.2 工程改造

對進口段的渠底進行加高處理，對渠道進行襯砌處理，對渠道的截面形態(tài)進行調(diào)整等[9]。

1.2.3 合理調(diào)度水沙

包括分水分沙運行、大流量的輸沙運行等。

以上方法能夠減少泥沙在渠系內(nèi)的淤積，但是受到的客觀因素影響比較大，比如地理狀況、自然狀況。所以，這些方法可以采用并實行的空間受到很大限制[10]。

1.3 沉沙處理

沉沙處理方法，一般將沉沙池建設(shè)在引黃閘后。沉沙池在運行上，要么是以挖待沉，要么是以新代舊，但結(jié)果卻是將大部分的泥沙聚集在了灌區(qū)的渠首附近。

沉沙處理帶來以下2方面的相關(guān)問題：

1)用于沉沙的渠首附近的洼地已經(jīng)飽和，所以放淤自流和淤背自流的沉沙方式失去了必須的天然條件。

2)以挖待沉的方式會占用部分耕地，影響周圍的環(huán)境，甚至產(chǎn)生沙化后果[11]。

1.4 渠系泥沙的清淤處理

一份調(diào)查結(jié)果顯示，魯北地區(qū)40 a以來引黃提水灌溉中，泥沙的36%沉積在沉沙池，47%沉積在各級渠系，8%沉積在排水溝和河道內(nèi)，9%進入了農(nóng)田。因此，除了進入農(nóng)田的小部分以外，其它沉積在各部分的泥沙都需要清理，總占比91%，數(shù)量相當可觀。

引黃灌溉事業(yè)在不斷發(fā)展，直接導(dǎo)致的結(jié)果就是需要清淤的泥沙量不斷增多。據(jù)不完全統(tǒng)計，魯北地區(qū)的重要渠道和沉沙池累計清理的泥沙量已經(jīng)超過4 億 m3，廢棄土占農(nóng)田886.7 hm2。

在廢棄土的治理上，廢土還原為耕地的投資大，沙化面積在不斷增加，清理泥沙的運距在拉長，所以清淤后廢棄土的堆放成為一大難題。下一步，采取何種方式減少清理泥沙的數(shù)量，是個值得深究的問題[12]。

綜合以上4個方面可以得知，引黃提水灌溉泥沙處理的關(guān)鍵在于，既能夠保證渠首對高含沙量渾水的引水能力，又能夠使渠系盡量減少泥沙淤積，從而延長沉沙池的使用壽命。

2 引黃提水灌溉泥沙處理方法

引黃提水灌溉泥沙處理的方法有2個：

2.1 使用提水設(shè)施利用泥沙

所謂利用泥沙，就是將泥沙改造成為農(nóng)民用土、建筑材料等。從泥沙量的利用上來看，主要包括淤臨淤背和淤改2個方面。

2.1.1 通過淤臨淤背加固大堤

淤臨淤背技術(shù)不僅能夠加固黃河大堤，也能夠科學(xué)處理淤積的大量泥沙?！坝倥R沉沙”指的是在黃河大堤的低洼地帶修筑沉沙池，從黃河中引來的渾水經(jīng)過沉沙池，從而形成帶狀高地。如此做法，既起到防洪的作用，又能夠妥善處理泥沙，達到雙重收益[13]。

沉沙淤筑技術(shù)的應(yīng)用，解決了黃河兩岸泥沙處理的難題，促使進入渠系的泥沙粒徑變細，有利于渠道輸水。

2.1.2 含沙水源輸沙入田

水中的泥沙影響渠道的暢通，但泥沙中的有機質(zhì)卻能夠改良土壤。在渠首沒有沉沙的前提下，對渠系進行改造，去除阻水建設(shè)物，通過泵站引取大流量渾水，將泥沙輸送至農(nóng)田[14]。

在運行的過程中會不可避免地出現(xiàn)部分泥沙淤積，可以將其及時清理在渠道兩邊，作為農(nóng)民用土，不會影響到耕地和環(huán)境。實踐證明，用渾水灌溉的果樹或農(nóng)作物，品質(zhì)都比沒有用渾水灌溉的要好。

2.2 通過提水泵站處理泥沙

我國多數(shù)灌區(qū)對原有體系進行節(jié)水改造，從而推動節(jié)水灌溉的深入發(fā)展。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，將渠道兩側(cè)提灌方式和以挖待沉自流灌溉方式進行對比，無論在水源的節(jié)約上、清理淤沙的數(shù)量上、對環(huán)境的保護上，前者都具有優(yōu)勢。

提水泵站建立在渠首、渠中、分水口、渠尾，起到的作用和效果各不同，以下進行簡要分析。

2.2.1 提水設(shè)施在渠首設(shè)置的作用

在渠首設(shè)置提水設(shè)施，原理是以水流增加動力，增強水流的挾沙能力，實現(xiàn)減少淤積的目的。當小流量引水時，由于渠道內(nèi)的水流速度較低，容易造成泥沙淤積。這時應(yīng)當加高渠頂?shù)母叨?，抬高引水龍頭，從而促使輸沙條件良好。當大流量引水時，應(yīng)當對渠底高度進行適當?shù)慕档汀?/p>

在渠首設(shè)置揚水泵站，能夠有效解決渠首沒有洼地的狀況，對渠首淤積有一定的減緩作用，形成良好的引水輸沙運行模式。

2.2.2 提水設(shè)施在渠中設(shè)置的作用

以東營市某灌區(qū)為例，其渠道引水能力為60 m3/s，渠首附近有節(jié)制閘，渠中有揚水站。該灌區(qū)通過一閘一站采用低水位運行，在確保渠道用水的前提下，控制節(jié)制閘前方的水位，調(diào)節(jié)揚水站的流量，從而保證運行為低水位的狀態(tài)。統(tǒng)計資料表明，該渠道泥沙淤積量很低，基本不用進行清淤處理，降低了成本。

在渠中設(shè)置提水泵站，能夠利用揚水設(shè)施調(diào)節(jié)分水量，從而控制水面比降，提高渠道的輸沙能力。

2.2.3 提水設(shè)施在分水口門的作用

在渠道的不同部位設(shè)置提水設(shè)施，以減少泥沙淤積量作為評判標準的話，分水口門設(shè)置的效果最佳。

某灌區(qū)進行節(jié)水改造后，增加了揚水站的分布。盡管引水量增加了，但泥沙淤積量卻在減少(具體數(shù)據(jù)參考見表1、表2。這說明，節(jié)水改造不僅能夠節(jié)水，還解決了泥沙的淤積問題。

表1 節(jié)水改造前某灌區(qū)引水引沙渠道淤沙情況對比

表2 節(jié)水改造后某灌區(qū)引水引沙渠道淤沙情況對比

2.2.4 建設(shè)沉沙蓄水兩用水庫

近些年，由于人們在社會發(fā)展中過度追求經(jīng)濟效益，導(dǎo)致環(huán)境變差，直接的影響就是黃河經(jīng)常斷流。以黃河水源作為支撐的灌區(qū)面臨沒有水源的情況，要充分利用平原的水庫，來緩解水源供應(yīng)的緊張局面。

以勝利油田為例，將瘀臨固堤和揚水沉沙結(jié)合在一起，利用平原水庫引用含沙量高的渾水。其具體的操作步驟為：

1)在水庫周圍修建沉沙池，引入渾水均勻淤積泥沙，形成沙壩。

2)沙壩成為水庫的外堤，以內(nèi)成為蓄水的水庫。

3)隨著泥沙淤積的增加，沙壩抬高的同時水庫容積也在不斷增大。

這種方式既能處理泥沙淤積，又能建成蓄水水庫，起到一石二鳥的功效。降低了水庫的建設(shè)成本，減輕泥沙淤積處理的負擔，節(jié)省很多費用，為灌區(qū)的水沙利用提供了一個新的方法。

2.3 利用數(shù)學(xué)模型設(shè)置提水泵站的減瘀作用

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，建立灌區(qū)的輸沙計算數(shù)學(xué)模型，能夠為設(shè)立提水設(shè)施、實現(xiàn)減瘀目標提供科學(xué)依據(jù)，是一種新興的提水灌溉處理泥沙的手段。

綜上所述，泥沙處理的未來發(fā)展方向是，通過利用先進的科學(xué)技術(shù)手段，結(jié)合當?shù)刈匀粭l件，使攜沙水輸送至支渠甚至田間。

解決泥沙問題的方法有很多，設(shè)置提水設(shè)施是效果相對較好的方式之一。這種措施將自然條件和人的能動性結(jié)合在一起，滿足人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的主題。

3 結(jié) 語

在黃河這類多沙河流內(nèi)進行提水灌溉，要樹立“引黃灌溉，防堵減淤”處理泥沙的理念。在開展沉沙、疏淤等工程時，要結(jié)合地理條件和灌溉區(qū)域的地形，因地制宜。沙的入渠、入池、入地各項工作都要進行合理規(guī)劃。

另外，還要加大廢沙的重新利用，做到高效利用，變廢為寶。

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2014-07-08

吳思遠(1992-)，男，甘肅定西人，學(xué)生，研究方向為節(jié)水灌溉；呂宏興(1955-)，男，陜西隴縣人，教授；李鵬程(1993-)，男，河南鄭州人，學(xué)生；呈守軍(1977-)，男，甘肅靖遠人，副教授。

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