对巴音沟河引水枢纽排沙工程的探讨

对巴音沟河引水枢纽排沙工程的探讨摘要本文对巴音沟河渠首枢纽的排沙模式进行了论述，具体分析了造成整个枢纽运行困难的原因。主要原因是未能很好地解决引水与排沙的矛盾。而究其根本原因，一是该河流是多泥沙河流；二是该河流下游灌区用水量大，多年运行造成水沙失衡。本文根据作者多年工作经验，对枢纽的运行提出了一些粗浅的想法。关键词引水排沙运行巴音沟河引水枢纽是集引水、拦沙和排沙功能为一体的较为复杂的引水枢纽。由于运行后排沙不利，给工程运行管理带来诸多困难。本文对巴音沟河引水枢纽现行管理模式进行了初步探索，提出了自己的认识和看法。一、流域概况该流域地势南高北低，依次为高山区，中山区，低山丘陵区，冲洪积平原。属典型的内陆性干旱气候，年平均气温7.3℃，年平均降水量158.5mm，蒸发量2109.9mm。该流域发源于天山山脉依连哈比尔尕山，由南向北流入准噶尔盆地。从河源至黑山头出山口长约107km，黑山头水文站断面控制集水面积1579km2。依赖冰川融化和高山降水补给，属多泥沙河流，悬移质泥沙年平均值为153万吨，推移质泥沙年平均值为22.5万吨，年平均输沙量为175.5万吨。二、工程概况巴音沟河渠首闸枢纽位于沙湾县境内、前山黑山头出山口处。地理坐标：东经85°12′40″～85°50′22″，北纬44°20′50″～44°38′57″。由水利厅设计院设计，兵团农八师安集海工程处于1956年春负责施工。该枢纽运行五十多年来，经过改、扩建，形成目前的费尔干式引水枢纽形式。其工程主要由四大部分组成：1.拦沙库枢纽。修建于1988年，拦沙库枢纽在巴音沟河渠首引水闸枢纽上游500米处，由拦沙库、进水闸、冲沙闸、溃坝段溢流堰组成。拦沙库库容30万立方米，坝长550米，设6孔闸门，1#、2#为进水闸；3#、4#、5#、6#为防洪排沙闸；溃坝段溢流堰长20米。2.东闸闸枢纽。东闸由5孔闸门组成，起排沙泄洪作用。由于巴河来水的特殊性，在每年的夏季经常遇到突发性洪峰，这部分洪峰流量就可从东闸排出，从而减轻引水大闸的负担，保证正常引水。3.引水大闸枢纽。枢纽由人工弯道、冲沙闸、泄洪闸、引水闸组成。引水枢纽的引水闸设在河流左岸，任务是灌溉和防洪。引水枢纽多年平均引入灌区的水量约1.8亿立方米，为灌区的农业发展做出了巨大的贡献。4.渠道排沙枢纽。主要由九孔排沙廊道、2个清水道，曲线沉沙池、排沙漏斗组成。排沙廊道、清水道，明渠建于1966年。排沙漏斗建于2000年，属试用性排沙工程。建成后，由于设施后的跌差较小，排沙效果不理想，只能排出部分细颗粒。三、根据工程特点，排沙模式可分为三级排沙系统1.第一级为东闸枢纽排沙系统。东闸枢纽的主要功能是泄洪，但也起到一定的排沙作用。当河道来水大于100m3/s时，此时开启部分闸门，边泄洪边冲沙；当河道来水小于100m3/s时，视情况开闸排沙一次。由于河道水量大部分时间都小于100m3/s，因此东闸枢纽大部分采用间隔排沙。这样就造成排沙时间过短，大量泥沙未能被水带走，摆放在河床上，经过多年的运行，河床淤积严重，排沙困难。2.第二级为人工弯道排沙系统。该级排沙系统是渠首引水枢纽主要排沙系统，该系统排出沙量约占总排出沙量的60%以上。当河道来水在45m3/s至100m3/s时，同时开启引水闸、3#、4#冲沙闸及部分泄洪冲沙闸，进行连续排沙，即边引边排；当河道来水小于45m3/s时，只开启引水闸和3#、4#冲沙闸，进行连续排沙，边引边排；当河道来水过小，只能引入灌区时，此时采用间隔排沙，每天开启3#、4#冲沙闸一至二次。3.第三级为排沙漏斗和排沙廊道排沙系统。排沙漏斗和排沙廊道距引水大闸枢纽约1.4km，建在引水渠道上，主要功能是对引入灌区的水进行再次排沙，主要方法是连续排沙。从理论上讲，经过三级排沙系统排沙后，进入灌区的水应该说含沙量已非常小，但实际情况并非如此。由于灌区用水量大，大量的水被引入灌区，用来排沙的水量就非常少，大量泥沙排出后，不能被及时的输送到远离枢纽的河床中，而只是被摆在枢纽后不远处的河床中，这样就造成枢纽后河床逐渐抬高，排沙不利。同时排沙时间不充沛，这样就造成了恶性循环。巴音沟河渠首引水枢纽建成至今，运行已50余年，由于未能较好地解决排沙与引水的矛盾，时至今日，整个枢纽的正常运行已非常困难。4.运行存在的主要问题。巴音沟河渠首引水枢纽工程运行的主要问题是泥沙问题，排沙问题一直困扰着引水枢纽的正常运行。如何运用好现有工程，实现引水防沙，这是目前巴音沟河渠首引水枢纽亟待解决的问题。巴音沟河泥沙含量特别大，而下游灌区用水量也很大，用水较低年份引水一般都在60%多，大多数年份引水都在80%以上。但在巴音沟河引水枢纽建设初期，前苏联专家明确指出，要保证该枢纽长期有效地正常运行，必须保证河道来水的60%左右用来排沙，向下游灌区只能引河道来水的40%。因此该枢纽自建成使用后，河道的水沙平衡就被严重破坏。在汛期，引水枢纽排沙被迫采用连续排沙方式，即将引水总干渠引水后的多余河水，从东闸闸枢纽或引水大闸闸枢纽的冲沙闸，排入下游河道，同时，引水总干渠上的排沙漏斗和排沙廊道也进行连续排沙。由于引水比较大，维持各级排沙系统正常运行所必需的排沙冲沙时间和水量不能保证，造成各级排沙系统后的河床抬高，输沙道整治段严重淤积，各级排沙系统的排沙冲沙效果明显降低。拦沙库已运行20年，由于上游河水带来大量泥沙，不断淤积，纵坡变缓，泥沙未能被及时排出，已形成稳定的纵坡。其库容已由初建期的30万m3降低为现在的4.6万m3，基本上丧失了蓄沙功能。其后果是引水总干渠出现了大量粗颗粒泥沙。最近10年发现，距巴音沟河渠首引水枢纽40多公里的下游灌区，水中有大量的10公分左右的卵石，卵石导致引水总干渠磨损严重。据估计，运行3～5年后，30cm厚的渠底就会被磨穿。5.有效排沙配套方案研究。由于现行排沙模式造成引水枢纽上、下游严重淤积，排沙不利，枢纽工程和运行条件逐年恶化。为用好现有工程，实现安全运行，现对调整枢纽排沙模式提出以下看法：（1）集中水量处理泥沙。通过管理运行实践的证明，集中水量排沙是工程运行中最有效、最主要的方式。它能充分发挥现有工程的排沙功能，尤其是同一数量级的排沙设施以集中布置和使用为最佳。现行冲沙用水由集中使用变为分散使用，使得每一个排沙设施都不能充分发挥排沙效果。应按照汛期的用水管理服从工程运行管理，非汛期的工程运行管理服从用水管理的原则，最大限度的解决工程运行管理和用水管理之间的矛盾。按照工程设计原理和泥沙工程学原理，合理确定引水枢纽的年引水率，确保排沙冲沙时间和水量，充分发挥现有工程的排沙功能，避免因工程运行状况恶化而致使年引水率永久性下降甚至引水枢纽报废的后果发生。（2）工程清理输沙道。由于冲沙时水流将小颗粒泥沙带走而留下大量粗颗粒泥沙，输沙道床面逐渐形成一个覆盖层，当其达到一定厚度时，可保护下层的泥沙不被冲走，这将限制了输沙道的冲沙效果。对输沙道淤积泥沙的清理主要是对粗化层的清理，采用机械破坏或人工拣拾消除粗化层。（3）上游控制泥沙。由于上游拦沙库已使用了二十多年，上游河道的平均天然纵坡已由1.333%调整为1.056%。相当数量的河道天然泥沙（远大于拦沙库库容30万m3）被阻拦在拦沙库上游，并逐渐形成稳定的纵坡。当拦沙库上游的泥沙开始冲走后，便立即在拦沙库前，形成一个大于原河床调整后纵坡的局部河床纵坡。这一纵坡随着引水枢纽运行条件的改善不断增大，将造成枢纽处理的泥沙不仅是河道的天然泥沙，更多的是枢纽在早期就开始淤积的泥沙。这将导致枢纽前输沙率远远大于河道天然输沙率，给枢纽工程运行带来沉重负担。为避免此种情况的出现，有必要在拦沙库上游设置河床淤积控制断面，以控制大量泥沙进入拦沙库，确保拦沙库和排沙系统的正常运行。参考文献[1]严晓达，刘旭东，李贵启，李承琪等著.低水头引水防沙枢纽［M］，1990.[2]唐数红，彭立新.新疆弯道式引水枢纽运行管理模式初探［J］.新疆水利，1994，81（15）:13-19.[3]沃.波斯拉夫基等著.关于在前山区河段设计一个费尔干引水枢纽的简单指示［M］，新疆水利厅苏联专家期，1959年.[4]唐数红.玛纳斯红山嘴引水枢纽优化运行方式浅析［J］.新疆水利科技，1988，（12）:25-28.