引黄沉沙的处理与应用

1引黄沉沙的处理与应用董洪灿1于文堂2张卫英3（1菏泽黄河河务局；2山东菏泽黄河工程局；3郓城黄河河务局）文摘：以山东省菏泽市为例介绍了引黄工程现状、引黄沉淀泥沙在灌区平面上的分布及对环境的影响，总结了菏泽市在处理和利用引黄沉沙方面的研究和实践，分析了引黄灌溉面临的主要泥沙问题，提出了处理和利用黄河泥沙的建议。关键词：引黄灌溉泥沙处理应用建议黄河下游自50年代开始引黄以来，引黄事业取得了长足发展。以菏泽市为例，目前已拥有引黄涵闸9座，设计引黄流量405m3/s，设计灌溉面积400余万亩，实际灌溉面积近500万亩，全市9县区均用上了黄河水。引黄事业的不断发展，为沿黄地区工农业生产的发展提供了可靠保障，现有水利工程年发挥效益2亿多元。但是，黄河又是举世闻名的多泥沙河流，黄河水在为工农业发展提供了宝贵资源的同时，也带来了大量泥沙。泥沙淤积灌区的渠系，清淤泥沙占压农田，造成土地沙化，危害当地的生态环境。为此，必须认真研究引黄泥沙问题，找出处理和利用黄河泥沙的有效途径，使沿黄地区在兴利的同时，又不破坏环境，走可持续发展之路。1引黄泥沙对灌区生产和环境的影响1.1引黄泥沙在灌区内的分布情况据山东省水利厅的资料，19世纪50年代至90年代初，全省引黄泥沙在平面上的分部为沉沙区（含淤改区）占46.2％，各级渠系占38.5％，进入田间占8.8％，下泄排水系统6.5％。进入90年代以后，菏泽市沿黄洼地的淤改任务已经基本结束，引用的黄河水大多数是用来灌溉农田和作为工业用水的，而引黄水利系统都未设专门的沉沙池，泥沙大部分淤积在渠道和田间，而淤积在各级渠道的泥沙要占总沙量的80％以上。1.2灌区内泥沙对环境的影响1.2.1沉积在沉沙地中的泥沙2据统计，自复灌以来，山东省开辟沉沙池69万亩，由于沉积泥沙的颗粒较粗，造成沙化面积34.5万亩左右，虽经初步治理，现在沙化面积仍达12万亩，对池区生产生活等方面产生较大影响。菏泽市的灌区都没有设置专门的沉沙池，所有的沉沙池都是和淤改临黄低洼盐碱地结合起来的，一般均是在汛期含沙量较高时引黄淤沙，尾水灌溉。沉沙池淤积的泥沙虽然较粗，但这时的黄河水含有丰富的粘性颗粒，可通过水流控制落淤，当水流速度较小时，细小的泥沙颗粒就沉积在池内，故菏泽市内除沉沙池口门外没有太多的沙化区，经过多年的治理，大多已改良为中、高产田，不对环境构成危害。1.2.2分布在渠系中的泥沙淤积在支级渠以下的泥沙由于分布范围广，颗粒较细，清淤弃土大量用于垫宅基地和烧砖，深受当地群众的欢迎，基本不影响环境，但分布在干渠中的泥沙，颗粒较粗，如刘庄输沙渠道沉沙颗粒在0.15mm左右，清淤弃土集中在渠道两侧，占压大量土地。东明县谢寨灌区的渠道两旁，原来形成了宽50m，高2-3m的沙垄。这些沙垄颗粒细，涵养水分能力差，各种植物不宜生长，逐渐形成一条沙化带。一遇大风天气，风吹沙起，造成附近土地沙化，破坏了生态环境，后虽经治理，仍难以满足农作物丰产的需求。1.2.3进入田间和排入河道的泥沙菏泽市灌区均为无沉沙池的灌区，一部分颗粒细的泥沙随灌溉水流带入田间，但由于这部分泥沙数量少，颗粒细，大面积分布，不影响环境及生产。排入河道的弃水含沙量很低，所含泥沙一般颗粒较细，数量极少，淤积后多为附近农民所用，不构成太大威胁。2引黄工作面临的泥沙问题2.1沿黄地区对黄河水的依赖性越来越大，泥沙处理的压力逐年增加随着工农业生产的快速发展，沿黄地区对黄河水的需求越来越大，而自然降雨、地下水资源可供水量都不可能有较大增幅，反而可能减少，因而需要由黄河水源来补充。20世纪90年代，全市平均引黄11.9亿m3。而引黄泥沙是和引黄量成正比的，水多，沙也多。值得注意的是，菏泽市在80年代以前存有大量低洼地和盐碱地，可以作为沉沙池，而目3前洼地自流沉沙失去条件，只能采取挖沙方法处理引黄泥沙，清淤工作量非常大，耗资巨大。2.2清淤及弃土堆放难度加大引黄干渠的大量泥沙占压农田，形成了一条沙化区，而且越积越高，有的地方高达5m以上。挖出的弃土很难再堆放，势必增加施工难度。而且，这部分沙土颗粒较粗，对农民用处不大，就地消化能力严重不足。2.3弃土沙化环境大风天气，黄沙弥漫，沙化附近的良田，对当地的生态环境造成极为不利的影响。3对处理和利用引黄泥沙的几点看法在处理和利用黄河泥沙的问题上，无非是沙多沙少的问题，它是一对相互对立而又相互转化的矛盾。沙多是主要矛盾，主要表现在黄河水含沙量高，河道淤积严重，对引黄来说，就是渠道淤积严重，处理难度大，费用高。而治理黄河时也相对存在沙少的问题，它是次要矛盾，主要表现在黄河泥沙分布不均，河床淤积多，滩地和大堤堤脚常年得不到淤高，地势低洼，形成大堤背河堤脚处更洼的“二级悬河”。洼地和背河堤脚相对沙少的问题，加大了防洪压力，威胁防洪安全。要处理好引黄泥沙的问题，必须解决好沙多沙少之间的矛盾，把握时机，使二者相互转化，相互补充，用黄河水含沙量大的特点，弥补滩地及背河沙量不足的弱点，变害为利，更好地为治理黄河服务。3.1引水防沙方面首先是渠首位置的选择。为了减少泥沙入渠，一般应将引水渠首设在天然弯道末端的凹岸或修建导流工程，形成弯道。由于弯道凹岸边的垂线含沙量低于平均含沙量，而流速大于断面平均流速，有利于取水防沙。由于黄河下游为无坝引水，高村以下河段，水流受治河工程控制，主流线基本与引水工程外轮廓一致，引水防沙效果较好。高村以上河段效果较差。但多数引水渠首设在两个险工坝垛之间，突出的坝头外端顶冲水流，鼓水翻沙，增加了进沙量，这种情况在枯水季4节更加明显。因此，取水口位置的选择应特别慎重，要综合考虑各方面的因素，以期达到最佳的防沙效果。其次是引水角度的选择。黄河下游一般在30~60˚之间较为适宜，通常要经过模型试验确定。3.2引水渠道的放淤引黄防淤、减淤，对渠道的设计与布置至关重要，如果渠道的各方面参数合理，加上一些防淤处理措施，就可以做到不淤积或者减少淤积。反之，如果渠道布置不合理，就可能使渠道断面不断淤积，不但增加清淤工程量，而且使渠道过水断面减少，比降减缓，引水能力降低，影响工程效益的发挥。布置引水渠道时，一般追求的目标是不冲不淤，但在现实工作中由于各方面条件的限制，很难做到，一般采取冲淤平衡的方法设计。渠道的设计流速应略大于来沙量最小时的不冲流速，而又略小于来沙量最大时的不淤流速，以便使含沙量高时的淤沙在下一次清水时冲掉，做到渠道泥沙冲淤平衡。3.3沉沙和黄河淤临、淤背相结合在提高黄河防洪工程强度的同时，应减轻引黄渠道清淤压力，尽量少占压耕地，减少机淤开支。目前，黄河已经形成槽高、滩低、堤根洼的“二级悬河”不利局面。为此，应淤高临河高地和背河地面高程，修筑相对地下河。建议今后在引黄灌溉工作中，把引黄沉沙池与淤临、淤背有机结合起来，让引水口出来的浑水通过淤区落淤沉沙，或出闸后的水流在背河堤脚外落淤，抬高淤区或背河堤脚地面高程，逐步消除二级悬河的威胁。经过落淤沉沙的清水经引黄干渠输入各级渠道，灌溉农田。这样既加固了黄河工程，也节约了引黄渠道的清淤费用，还有利于环境保护，一举三得，应当大力推广。3.4在不影响土壤结构的情况下，研究加大输沙入田的沙量比例通过实践证明，衬砌渠道可能有效提高渠道的输沙能力，将泥沙输送到农田，减少渠道淤积。另外，利于机器提水灌溉，也可在提水的同时，减沙入田，减轻渠道淤积压力。3.5根据黄河含沙量的大小合理调度5黄河水在一年当中的含沙量有很大差别，含沙量大的月份集中在汛期的7、8、9月份。而凌汛期的1、2月份沙量较低。这就启示我们，汛期的水量较大，含沙量较高，是淤改土地的大好时机，而灌溉则应尽量避开这一时段。凌汛期含沙量低，是引黄的大好时机，这时要为小麦浇足返青水。而且，这时一般水资源供需矛盾不明显，可以抢引抢蓄黄河水，待春节干旱、黄河水少时利用，提高黄河水的利用率，保证工农业生产的用水需求。另外，蓄积起来的黄河水还可以补充地下水源，维持地下水的供求平衡，保证干旱季节井灌时有地下水可利用。这样既提高了黄河水资源的利用率，同时也减少了淤积量，节约了开支，保护了生态环境。还应注意加强管理，防淤减沙。针对通常引水流量比设计流量小、分散用水和水量分配不合理造成渠道淤积的情况，加强管理，调节水量，是减少渠道淤积的重要环节。要根据用水规划和渠道设计指标，合理调配水量、有机调整轮灌组合、集中用水，修改用水制度，达到减淤的目的。