塔里木拦河引水枢纽水沙调度问题及对策.doc

塔里木拦河引水枢纽水沙调度问题及对策塔里木拦河引水枢纽水沙调度问题及对策王王 强强(新疆兵团农一师塔里木灌区水利管理处,新疆 阿拉尔 843300)摘要：摘要：本文就新疆阿可苏新大河塔里木拦河引水枢纽引水防沙问题，总结水沙调度运行中存在的不足，并提出利用河道、水文泥沙特性及拦河引水枢纽布置形式等进行水沙调度运行，以达到多引水少引沙，提高工程运用效益之目的关关键词键词： ：引水枢纽 水沙调度 对策1 工程概况工程概况新疆塔里木拦河引水枢纽工程位于阿瓦提县伯什力克镇的阿克苏新大河中游，是新疆兵团农一师塔里木南北两大农业灌溉区的总引水枢纽工程布置为正面泄水，侧面引水的低水头开敞式拦河引水枢纽拦河引水枢纽正面设有 32 孔泄洪闸，其中南北各 5 孔泄洪冲沙闸,总净宽 192 m；侧面两岸各设有 7 孔（南北）进水闸，单闸总净宽 21m泄洪冲沙闸设计流量为1330m3/s,校核流量为 1690m3/s，其作用是调节上游水位，泄洪冲沙;南北进水闸设计流量各为 80m3/s 和 60 m3/s，其作用是引水灌溉拦河泄洪闸和进水闸均为平底式水闸，泄洪冲沙闸闸底高程 1040.9 m,南北进水闸闸底高程 1041.4m。

该工程于 1972年 5 月建成并投入运行，目前工程运行情况良好该工程的主要任务是：控制和调节新大河流量，满足南北进水闸引水，确保塔里木灌区和阿拉尔市工农业用水、生态用水,城市建设和人蓄饮水安全2 新大河水文泥沙特征及河道情况新大河水文泥沙特征及河道情况新大河位于天上南麓、塔克拉玛干大沙漠北缘的阿克苏河与塔里木河之间，是塔里木河的主要支流，新大河长 110km，其水量主要来源于天山冰雪消融补给，枯水期有少量回归水补给新大河属季节性河流，时空分布极不均匀，春季缺水，夏季防洪，与生产力布局和经济社会发展的需水时空不相协调年内主汛期发生在 6～8 月，其它时段为平枯水期洪水特性为：历时短，径流量大，输沙量大一般汛期平均水量约占全年水量的50～60%，平均输沙量约占全年输沙量的 85～90%新大河多年平均径流量 39.67 亿 m3,平均流量 126 m3/S,最大年径流量53.96 亿 m3，最小年流量 27.27 亿 m3；多年平均输沙量 1513 万吨,最大年输沙量 2472 万吨，最小年输沙量 655 万吨,多年平均含沙量 3.81kg/m3，最大含沙量 30.2kg /m3新大河水沙年内变化情况详见下表。

月月份份项项目目水水量量（（亿亿m3））1.981.851.120.350.972.999.3312.743.241.721.092.3039.67占占全全年年（（%））5.04.72.80.92.57.523.532.18.24.32.85.8100.0沙沙量量（（万万吨吨））11.69 10.535.350.9632.94 86.68 480.6 794.2 56.539.254.4220.111513占占全全年年（（%））0.773 0.696 0.354 0.063 2.177 5.729 31.77 52.49 3.736 0.611 0.292 1.329100径径 流流 量量输输 沙沙 量量新新大大河河水水沙沙年年内内变变化化情情况况表表1 13 32 24 45 56 61 11 11 12 2全全年年7 78 89 91 10 0新大河中下游属典型的平原冲积扇河流，河道纵坡在1/3000～1/5000，河流形态呈多弯型，主河道摆动频繁，河岸冲刷严重，河床冲淤变化大其造床粒径约在 0.1～0.2mm，起动流速小，抗冲能力弱，加之在河道上修建了拦河枢纽，人为改变了河段水位和河道自然变化规律，使河床的冲淤变化重新调整，并达到新的冲淤平衡。

新大河中下游的泥沙运动大体可分为悬移质和推动移质运动据 85 年依满帕夏水文站泥沙颗粒分析资料可知：该河段床沙 d50=0.18～0.25mm 之间，悬移质泥沙d50=0.018～0.038mm 之间由于新大河系沙土质河床，泥沙抗冲能力弱，在水流速度及流向不断变化的情况下，水流对河床及河岸的冲刷加剧，加之流域表面侵蚀，沿程风沙沉积，大量泥沙被水流输送到下游由于水流速度及挟沙能力的变化，粗颗粒泥沙沿程淤积，由粗趋细，逐渐形成了泥沙沿程淤积的分选现象而淤积在河道中的泥沙，起到了一定的造床作用，使河道改变流态，发生变形改道，形成了下游多弯道的河流形态，给河道两岸的农民和农业生产带来危害3 枢枢纽纽运行存在的运行存在的问题问题塔里木拦河引水枢纽是塔里木灌区的命脉工程，对塔里木灌区工农业生产、生态平衡、城市建设、人畜饮水和社会发展起着决定性作用工程建成运行至今，在运行管理中，通过多样化的运行实践，探索和积累了很多成功经验和方法，为枢纽工程的科学管理和运行提供了依据，具有一定的借鉴和指导意义但由于受客观和主观因素的制约，工程运行还存在以下不足，需要通过工程的科学运行加以解决，确保工程发挥综合效益，3.1 泄洪闸运行的不合理性。

一是局部泄水，出流不均匀，人为增大泄水单宽流量，造成闸后河床冲刷严重，形成冲刷坑，威胁工程稳定和安全；二是中低水期没有根据闸上游水流向变化趋势，合理调整闸门运行方式和开启高度，使闸上游形成弯道水流，造成上游南北导流堤冲刷、塌陷；三是未按设计要求和河道流量大小，合理地控制和抬高闸上游水位，减缓流速，增加回水范围，使泥沙在上游落淤；四是冰期没有根据上游冰流量情况，合理地控制进水闸流量，调节泄洪闸泄水，使大量冰块引入进水渠，影响到下游渠道运行安全3.2 泄洪冲沙闸与进水闸联合运行的不合理性一是泄洪冲沙闸与进水闸联合调节不尽合理，导致进水闸进沙量过大；二是未遵循枢纽工程布置特点，通过泄洪冲沙闸与进水闸联合调节，形成闸上游局部弯道水流，导致进水闸进沙量过大；三是运行中没有充分发挥进水闸挡沙坎的作用，利用冲沙闸冲沙形成“门前清”，造成底沙入渠3.3 水沙调度的不合理性一是没有充分发挥和利用前池有效堆沙库容作用，调节河流泥沙的运动和淤积，偏引水，忽冲沙；二是没有根据水流含沙量的变化，采取错沙峰引水方式，造成泥沙入渠；三是枯水期，采用低水位泄空引水，造成泥沙入渠4 引水防沙措施与引水防沙措施与对对策策拦河引水枢纽,就是在河道上修筑挡水建筑物，改变河流形态,控制和调节河道上游来水，满足河道两岸引水和用水。

塔里木拦河引水枢纽工程地处河流冲积扇地带，河床结构差，泥沙抗冲能力弱,易冲刷或淤积因此，在工程运行中要遵循设计理念和工程特点,采取科学的手段、方法和措施，实施工程的水沙优化调度运行，以满足多引水，少引沙以及工程运行安全，提高工程运用综合效益4.1 采取平行启闭闸门，平衡泄流,减缓闸后冲刷,确保工程运行安全拦河泄洪冲沙闸设计单宽流量 q=6.93m3/s-m，加大单宽流量 q=8.80m3/s-m，闸前正常运行水头 h=2.80m,闸后采用二排消力墩消能,消力池以下设有 8m 长的混凝土海漫和 25m 长的软结构块石铅丝笼防冲槽但是在不同的泄流规模、位置及水流条件下,闸后会发生不同程度的冲淤变化统计分析历年泄洪冲沙闸运行和闸后冲淤资料,认为平行启闭闸门与局部启闭闸门泄流,对闸后河床冲刷程度各异超设计单宽流量泄水，实测闸后中泓部位最大刷深在 8m 左右,而采用平行启闭闸门, 减小单宽泄流量，实测闸后最大刷深 4.0m 左右，并且横断面的冲淤变化属普遍冲淤，河床变化比较稳定，对工程破坏程度较小一般闸后冲刷深度 h 与过闸单宽流量、河床地质条件、抗冲能力、上下游水位差、下游水深等因素有关因此，一是在工程运行中，要根据各因素变化，在满足引水的情况下，适当控制闸上游运行水位，降低上下游水位差，平行启闭闸门，均匀出流，减小单宽泄流量，防止闸后局部冲刷；二是通过平行启闭闸门，调节和稳定闸前主流向，使闸前河床发生普遍淤积和普遍冲刷，保证闸前主河槽的稳定；三是在河道中小流量时，为保证南北进水闸引水，可根据主河槽摆动位置，适当增大局部泄流量（以不大于设计单宽流量为宜），牵制主流，或适当提高闸前运行水位，增大回水范围和长度，削减流速和冲刷强度，减缓闸上游导流堤冲刷。

4.2 利用泄洪冲沙闸与进水闸联合运行,减小引沙量泄洪冲沙闸的作用是:泄水冲沙；进水闸的作用是:引水二者在平面布置上属正面排沙,侧面引水从理论上分析,正面泄水，侧面引水，防沙效果较差但可以利用闸前来水量,闸前主流方向,闸前河床淤积高度,进水闸引水流量及闸底坎布置形式等进行防沙处理4.2.1 利用闸前局部弯道水流防沙、排沙根据塔里木拦河引水枢纽主体和附属工程平面布置，可采取泄洪冲沙和进水闸的联合调节运行措施，在闸前形成局部弯道水流，利用水流的环流作用,进行防沙和排沙在正常运行期,一般闸门开度可按下列方式调节，一是进水闸 1～7 孔，由高到低，冲沙闸 1～5 孔由低到高，泄洪闸可根据泄流量大小，逐步提高闸门开度，满足进水闸前弯道水流的形成条件；二是调整引水和泄水分水比一般泄水流量大于进水流量 2～3 倍,可形成较好的闸前局部弯道水流，利于防沙4.2.2 利用进水闸挡沙坎防沙南北进水闸各设有 0.5m 的挡沙坎,其作用是防止底沙入渠南北干渠床面淤积的泥沙，主要来源于上游河道床沙、沿程风沙沉积和渠岸侵蚀冲刷补给，悬移质泥沙淤积比重较小为此，利用渠首挡沙坎防沙，减少底沙入渠，利于输水渠道冲淤平衡，减少清淤费用。

根据分沙比 qb/q0与槛高/水深的关系理论，以分流比 qb/qo为参数，在同分流比时，坎愈高入渠底沙则愈少，即相对坎高与分沙比成反比，与分流比成正比由此理论，在满足工程运行安全和进水闸引水时，在原挡沙坎高度的基础上，适当加高挡沙坎高度，并结合冲沙闸与进水闸的联合调节运行，长期保持进水闸前“门前清”，可以减少底沙入渠4.2.3 利用冲沙闸与进水闸联合调节运行防沙在河道来水流量大于引水流量并泄水、引水同时进行时，正常运行情况下，上游来水要在进水闸前坐弯，一部分水量引入渠道，一部分水量泄入大河当进水闸开启引水时，水流发生曲线运动而产生横向环流，泥沙由内弯被带入进水闸根据垂线流速、垂线含沙量分布和分流、分沙特点，合理地调节冲沙闸与进水闸的开度，可减少入渠泥沙在满足引水时，一般按正常水位运行，加大引水时，可根据引水流量的大小，适当提高闸前运行水位高度，降低水面坡降，减缓流速，改变自然流态，调整泥沙沿垂线分布和河床淤积，达到新的冲淤平衡为了减小进水闸前水流脉动影响，冲沙闸 1～2 孔闸门开度应控制在0.2～0.5 米为宜，使闸前水流含沙量的垂线梯度变化较小，泥沙亦可按照一定的轨迹运动，从而达到冲沙防沙效果。

同时，闸门启闭程序应遵循：开启时，应先开启进水闸与冲沙闸最近的闸门，以次向两边逐渐开启；关闭时，应反向操作，亦可达到较好的防沙效果4.3 优化水沙调度运行，减小引沙量塔里木拦河引水枢纽工程水沙调度合理与否，直接关系到进水闸引沙量的大小和输水渠道运用效益根据新大河水沙年内变化特点及引水要求，可采用以下方式进行水沙调度运行4.3.1 非灌溉期泄空冲刷塔里木灌区每年 9 月中下旬至 10 月上中旬为非灌溉期，在灌区满足需水要求时，塔里木拦河引水枢纽可实施非灌溉期的泄空冲刷，冲刷闸前淤积泥沙，降低河床高程，调整闸前有效堆沙库容据统计，1981 年 10 月 5 日～18 日，利用灌溉间隙期泄空冲沙 8 天，排沙总量 19.3 万 m3，最大冲沙含沙量 45.1㎏/m3,弃水量 4807 万 m3，冲沙有效范围 300m，影响范围 3km 以上，最大冲刷深度 1.5～2.0m；1987 年 9 月 11 日至 10 月 15 日，冲沙历时 35 天，通过实测资料分析，前 7 天，冲沙效果明显，最大冲沙含沙量 52.1㎏/m3,弃水量 6528 万 m3，排沙总量 23.8万 m3，冲沙有效范围 350m，影响范围 3km 以上，最大冲刷深度 1.5～2.5m。

随着上游来水量减少，闸后河床淤积，水面坡降减缓，冲。