基于引黄提水灌溉泥沙处理方法的探讨

吴思远，吕宏兴，李鹏程，吴守军

(西北农林科技大学，西安 712100)

基于引黄提水灌溉泥沙处理方法的探讨

吴思远，吕宏兴，李鹏程，吴守军

(西北农林科技大学，西安 712100)

山东、河南两个省的农业生产，全部依赖于黄河的水源，黄河成为这两省农业经济发展的关键因素。随着引黄灌溉工程的不断发展，如何对水中的泥沙进行有效处理成为瓶颈问题。文章阐述了泥沙的处理现状和存在的主要问题，并介绍了泥沙处理的几种方法。

引黄提水；灌溉；引水口；淤积堵塞；泥沙处理；利用泥沙；处理泥沙；减淤措施

0 前 言

目前，泥沙问题成为环境保护和水资源配置上的重要问题，其中制约引黄灌溉发展的两个主要因素是沉沙池的建设和渠道内泥沙的处理。而在黄河下游，灌溉的主要问题是泥沙的淤积堵塞。在引黄提水灌溉的同时，要处理好泥沙造成的危害，做到兴利除害[1-4]。

1 引黄提水灌溉泥沙处理现状

随着人们对环境保护的意识不断提高，人们发现以往的灌区泥沙处理技术不完全适应当今引黄提水的新形势。

这两者的不协调具体体现在以下4个方面：

1.1 渠首的防沙处理

对于灌区的泥沙处理，将泥沙阻挡在进入灌区前是最好的办法。

1)黄河下游的河道里大多是细颗粒悬移质泥沙，在水中的分布较为均匀。而灌溉引水是无坝引水，导致的结果就是防沙处理效果不明显。

2)对比防沙量和沙的总含量可知，渠首的防沙处理如同九牛一毛，数量很少。

3)在小流量的引水时，水流流速缓慢且携沙量较高，易形成淤积以致堵塞引水口和引水渠。

综上，目前渠首防沙的主要目的不在于阻挡一定量的泥沙，而是防止引水口和引水渠的堵塞，从而保证灌区的引水量[5-8]。

如何更好地利用黄河水资源，既能够引进含沙水进行灌溉，又能够保证水在渠道中顺利下泄，成为渠首引水防沙的主要问题。近些年黄河水资源比较短缺，为了不影响农作物的灌溉时期，采用含沙量较高的水进行灌溉。这就造成了黄河下游的河床越来越高，提高了引水含沙量，为渠系的泥沙处理增加了更多负担。

1.2 渠道的减淤处理

就目前而言，渠道减瘀一般分为3种方法：

1.2.1 渠道设计

通过改变输水输沙工程的形式避免渠首发生卡口，或者对输水输沙的线路进行优化。

1.2.2 工程改造

对进口段的渠底进行加高处理，对渠道进行衬砌处理，对渠道的截面形态进行调整等[9]。

1.2.3 合理调度水沙

包括分水分沙运行、大流量的输沙运行等。

以上方法能够减少泥沙在渠系内的淤积，但是受到的客观因素影响比较大，比如地理状况、自然状况。所以，这些方法可以采用并实行的空间受到很大限制[10]。

1.3 沉沙处理

沉沙处理方法，一般将沉沙池建设在引黄闸后。沉沙池在运行上，要么是以挖待沉，要么是以新代旧，但结果却是将大部分的泥沙聚集在了灌区的渠首附近。

沉沙处理带来以下2方面的相关问题：

1)用于沉沙的渠首附近的洼地已经饱和，所以放淤自流和淤背自流的沉沙方式失去了必须的天然条件。

2)以挖待沉的方式会占用部分耕地，影响周围的环境，甚至产生沙化后果[11]。

1.4 渠系泥沙的清淤处理

一份调查结果显示，鲁北地区40 a以来引黄提水灌溉中，泥沙的36%沉积在沉沙池，47%沉积在各级渠系，8%沉积在排水沟和河道内，9%进入了农田。因此，除了进入农田的小部分以外，其它沉积在各部分的泥沙都需要清理，总占比91%，数量相当可观。

引黄灌溉事业在不断发展，直接导致的结果就是需要清淤的泥沙量不断增多。据不完全统计，鲁北地区的重要渠道和沉沙池累计清理的泥沙量已经超过4 亿 m3，废弃土占农田886.7 hm2。

在废弃土的治理上，废土还原为耕地的投资大，沙化面积在不断增加，清理泥沙的运距在拉长，所以清淤后废弃土的堆放成为一大难题。下一步，采取何种方式减少清理泥沙的数量，是个值得深究的问题[12]。

综合以上4个方面可以得知，引黄提水灌溉泥沙处理的关键在于，既能够保证渠首对高含沙量浑水的引水能力，又能够使渠系尽量减少泥沙淤积，从而延长沉沙池的使用寿命。

2 引黄提水灌溉泥沙处理方法

引黄提水灌溉泥沙处理的方法有2个：

2.1 使用提水设施利用泥沙

所谓利用泥沙，就是将泥沙改造成为农民用土、建筑材料等。从泥沙量的利用上来看，主要包括淤临淤背和淤改2个方面。

2.1.1 通过淤临淤背加固大堤

淤临淤背技术不仅能够加固黄河大堤，也能够科学处理淤积的大量泥沙。“淤临沉沙”指的是在黄河大堤的低洼地带修筑沉沙池，从黄河中引来的浑水经过沉沙池，从而形成带状高地。如此做法，既起到防洪的作用，又能够妥善处理泥沙，达到双重收益[13]。

沉沙淤筑技术的应用，解决了黄河两岸泥沙处理的难题，促使进入渠系的泥沙粒径变细，有利于渠道输水。

2.1.2 含沙水源输沙入田

水中的泥沙影响渠道的畅通，但泥沙中的有机质却能够改良土壤。在渠首没有沉沙的前提下，对渠系进行改造，去除阻水建设物，通过泵站引取大流量浑水，将泥沙输送至农田[14]。

在运行的过程中会不可避免地出现部分泥沙淤积，可以将其及时清理在渠道两边，作为农民用土，不会影响到耕地和环境。实践证明，用浑水灌溉的果树或农作物，品质都比没有用浑水灌溉的要好。

2.2 通过提水泵站处理泥沙

我国多数灌区对原有体系进行节水改造，从而推动节水灌溉的深入发展。相关数据显示，将渠道两侧提灌方式和以挖待沉自流灌溉方式进行对比，无论在水源的节约上、清理淤沙的数量上、对环境的保护上，前者都具有优势。

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，以下进行简要分析。

2.2.1 提水设施在渠首设置的作用

在渠首设置提水设施，原理是以水流增加动力，增强水流的挟沙能力，实现减少淤积的目的。当小流量引水时，由于渠道内的水流速度较低，容易造成泥沙淤积。这时应当加高渠顶的高度，抬高引水龙头，从而促使输沙条件良好。当大流量引水时，应当对渠底高度进行适当的降低。

在渠首设置扬水泵站，能够有效解决渠首没有洼地的状况，对渠首淤积有一定的减缓作用，形成良好的引水输沙运行模式。

2.2.2 提水设施在渠中设置的作用

以东营市某灌区为例，其渠道引水能力为60 m3/s，渠首附近有节制闸，渠中有扬水站。该灌区通过一闸一站采用低水位运行，在确保渠道用水的前提下，控制节制闸前方的水位，调节扬水站的流量，从而保证运行为低水位的状态。统计资料表明，该渠道泥沙淤积量很低，基本不用进行清淤处理，降低了成本。

在渠中设置提水泵站，能够利用扬水设施调节分水量，从而控制水面比降，提高渠道的输沙能力。

2.2.3 提水设施在分水口门的作用

在渠道的不同部位设置提水设施，以减少泥沙淤积量作为评判标准的话，分水口门设置的效果最佳。

某灌区进行节水改造后，增加了扬水站的分布。尽管引水量增加了，但泥沙淤积量却在减少(具体数据参考见表1、表2。这说明，节水改造不仅能够节水，还解决了泥沙的淤积问题。

表1 节水改造前某灌区引水引沙渠道淤沙情况对比

表2 节水改造后某灌区引水引沙渠道淤沙情况对比

2.2.4 建设沉沙蓄水两用水库

近些年，由于人们在社会发展中过度追求经济效益，导致环境变差，直接的影响就是黄河经常断流。以黄河水源作为支撑的灌区面临没有水源的情况，要充分利用平原的水库，来缓解水源供应的紧张局面。

以胜利油田为例，将瘀临固堤和扬水沉沙结合在一起，利用平原水库引用含沙量高的浑水。其具体的操作步骤为：

1)在水库周围修建沉沙池，引入浑水均匀淤积泥沙，形成沙坝。

2)沙坝成为水库的外堤，以内成为蓄水的水库。

3)随着泥沙淤积的增加，沙坝抬高的同时水库容积也在不断增大。

这种方式既能处理泥沙淤积，又能建成蓄水水库，起到一石二鸟的功效。降低了水库的建设成本，减轻泥沙淤积处理的负担，节省很多费用，为灌区的水沙利用提供了一个新的方法。

2.3 利用数学模型设置提水泵站的减瘀作用

随着科学技术的进步，建立灌区的输沙计算数学模型，能够为设立提水设施、实现减瘀目标提供科学依据，是一种新兴的提水灌溉处理泥沙的手段。

综上所述，泥沙处理的未来发展方向是，通过利用先进的科学技术手段，结合当地自然条件，使携沙水输送至支渠甚至田间。

解决泥沙问题的方法有很多，设置提水设施是效果相对较好的方式之一。这种措施将自然条件和人的能动性结合在一起，满足人与自然协调发展的主题。

3 结 语

在黄河这类多沙河流内进行提水灌溉，要树立“引黄灌溉，防堵减淤”处理泥沙的理念。在开展沉沙、疏淤等工程时，要结合地理条件和灌溉区域的地形，因地制宜。沙的入渠、入池、入地各项工作都要进行合理规划。

另外，还要加大废沙的重新利用，做到高效利用，变废为宝。

[1]王延贵,史红玲.引黄灌区不同灌溉方式的引水分沙特性及对渠道冲淤的影响[J].泥沙研究,2011(03)：59-61.

[2]朱俊杰.对黄河下游引黄泥沙处理利用的一点设想[J].中国科技博览,2011(02)：78-79.

[3]戴清,王景元,曹文洪，等.小开河灌区水沙分布及泥沙长距离输送机理研究[J].泥沙研究,2010(04)：39-42.

[4]孙玉霞,杨芸,李妮，等.小开河灌区引黄入田泥沙的土壤环境效应[J].中国农村水利水电,2010(03)：27-30.

[5]张燕菁，胡春宏，张治昊.黄河下游引黄灌区泥沙灾害及治理研究[J].人民黄河，2009，31(01)：72-74.

[6]姚宛艳，赵海镜.引黄灌区泥沙优化配置数学模型研究[J].中国农村水利水电，2008(12)：1-4.

[7]史红玲，戴清，袁玉平，许晓华，李春涛.引黄灌区泥沙处理措施及提水设施的减淤作用[J].泥沙研究，2003(03)：12-16.

[8]周宗军，王延贵.引黄灌区泥沙资源优化配置模型及应用[J].水利学报，2010，41(09)：1018-1023.

[9]张淑萍.引黄提水灌溉泥沙处理方法的探讨[J].水利规划与设计，2006(01)：41-42.

[10]段志科.泥沙在灌区中优化配置是引黄灌溉事业持续发展的方向[J].泥沙研究，1997(02)：56-59.

[11]史红玲，蒋如琴.黄河下游引黄灌溉对策研究-论提水灌溉的作用与效果[J].泥沙研究，2000(02)：5-9.

[12]张一冰，张桂花.濮阳市引黄灌溉调节水库防渗研究[J].人民长江，2013,44(16)：25-28.

[13]程秀文，尚红霞，陈发中，钱意颖.黄河下游引黄灌溉中的泥沙处理利用[J].泥沙研究，2000(02)：10-14.

[14]周振民.黄河下游引黄灌溉排水河道淤积研究[J].人民黄河，2002,24(11)：34-35.

1007-7596(2014)12-0206-03

2014-07-08

吴思远(1992-)，男，甘肃定西人，学生，研究方向为节水灌溉；吕宏兴(1955-)，男，陕西陇县人，教授；李鹏程(1993-)，男，河南郑州人，学生；呈守军(1977-)，男，甘肃靖远人，副教授。

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