摘要:黃河下游引水灌溉的問題一直是人們關(guān)注的焦點,面對泥沙的治理問題,必須有所行動,以利于人的生活,F(xiàn)就相關(guān)研究進行簡單闡述。

關(guān)鍵詞:泥沙;灌溉;防治

黃河下游引黃灌區(qū)灌溉事業(yè)自50年代初期以來經(jīng)過40余年的發(fā)展,已成為我國最大的連片自流灌區(qū)。到90年代初,黃河下游豫、魯兩省共建成萬畝以上引黃灌區(qū)96處,設(shè)計灌溉面積305萬hm2,總引水能力3363m3/s。據(jù)統(tǒng)計,1958-1990年29年間(1962~1965年停灌),黃河下游引黃灌區(qū)共引黃河水2333億m3,平均年引水80.4億m3。黃河為舉世聞名的多泥沙河流(各月平均含沙量見附表),引水必引沙,據(jù)系統(tǒng)計算,29年間共引沙38.65億t,平均年引沙1.33億t,約占同期黃河來沙量(花園口站)的11.6%。

黃河泥沙的引進不進加大了灌區(qū)運行費用,而且治理不好還會引發(fā)灌區(qū)土壤沙化、排水河道淤積、土地鹽堿化等一系列環(huán)境問題,影響灌區(qū)的持續(xù)發(fā)展。泥沙問題是黃河下游引黃灌區(qū)存在的主要問題之一。

一、泥沙防治利用的主要途徑

(一)引水防沙

1、選擇合適的取水口位置

黃河下游均為無壩引水。根據(jù)水力學(xué)原理并結(jié)合黃河實際,取水口位置宜選在彎道凹岸,以利用彎道環(huán)流創(chuàng)造較好的引水及防沙條件,引水角多在40°~75°之間。

2、選擇合適的引水時機

一般非汛期含沙量相對較低,而汛期含沙量相對較高。因此,要選擇適當(dāng)?shù)囊畷r機,避開沙峰引水,在含沙量大時少引水或不引水,而含沙量小時多引水,這樣就可以大大減少入渠沙量。

3、防沙工程措施及運用效果

在渠首工程布置已定的情況下,為進一步減少入渠泥沙,特別是相對較粗的底沙進入渠道,根據(jù)水流挾沙上小下大的含沙量及粒徑垂向分布特點,在許多引水門口設(shè)置防沙工程如攔沙潛堰、疊梁閘板、橡膠壩等。據(jù)觀測,潛堰的防沙效果可達(dá)12%,入渠泥沙的粒徑也明顯減小,疊梁及橡膠壩的防沙效果達(dá)20%左右。

(二)渠首集中沉沙

利用沉沙池在渠首是以往引黃灌區(qū)處理泥沙的主要措施,其方式包括自流沉沙合揚水沉沙兩種。其中自流沉沙又包括一池一用(即一個池建完后再建新池)的自流沉沙合一池多用(沉沙池淤滿后通過人工開挖再繼續(xù)沉沙)的以挖待沉兩種形式。截止到1990年底,河南省共規(guī)劃沉沙池2.74萬hm2,已使用84處,總面積0.94萬hm2;山東省已用沉沙池面積2.74萬hm2。

(三)遠(yuǎn)距離輸沙、分級沉沙

即將渠系泥沙向灌區(qū)遠(yuǎn)處的中下游地區(qū)輸送,在合適的位置修建沉沙地淤沉泥沙,實行遠(yuǎn)距離輸沙,多級沉沙。由于在渠首集中處理泥沙難度較大,且灌區(qū)尚不具備渾水灌溉條件,而灌區(qū)中下游又有可供集中沉沙的自然條件,故這種方式推廣較快,如山東省潘莊灌區(qū)在70km的輸沙灌渠上修建了3處沉沙地,實行三級沉沙。

(四)渠系輸沙減淤

由于下游沿黃地面坡降平緩,引水渠道淤積非常嚴(yán)重。減少淤積的主要技術(shù)環(huán)節(jié)可歸納為四個方面:第一,選用可靠的設(shè)計參數(shù),使設(shè)計渠道的縱橫斷面課同時滿足輸水輸沙的要求,在財力許可的情況下盡可能進行襯砌,以提高輸水輸沙能力;第二,在運行過程中要抓住黃河水位高、含沙量相對較低的有利時機進行調(diào)控運用,盡可能利用水流本身的能量減淤;第三,在水流動力無法滿足輸沙要求時,需采用機械措施輔助輸沙。第四,進行人工清淤。

(五)渾水灌溉,輸沙入田

80年代以來,隨著灌區(qū)沉沙條件的變換,部分灌區(qū)充分利用地形坡降較大的有利條件,實行渾水灌溉,引黃水沙不經(jīng)沉沙池直接進入各級渠道和田間,既肥田改土,又減少了渠道淤積,一舉兩得。目前河南省26處引黃灌區(qū)中,有20處采取渾水灌溉方式,山東省也有少數(shù)灌區(qū)在上游自流區(qū)實行渾水灌溉。

(六)泥沙的利用

引黃泥沙的利用主要包括淤改、淤背、加工建材、農(nóng)民用土等方面。淤改與稻改是利用引黃泥沙改造低洼鹽堿荒地的一種方式。到1990年黃河下游共累計淤改土地23.2萬hm2,開發(fā)稻田面積約12萬hm2。另外利用引黃泥沙開發(fā)建筑材料具有范圍廣、規(guī)模小、群眾自發(fā)的特點,因此受到下游群眾的歡迎。

二、當(dāng)前引黃泥沙治理凸顯出的問題

過去幾十年來以集中沉沙、集中清淤為主的泥沙處理方式,導(dǎo)致了目前黃河下游引黃泥沙在灌區(qū)內(nèi)以點(沉沙池)、線(灌排渠系)為主的分布狀況,使得77.1%的泥沙淤積在沉沙池及灌溉渠系中。進一步分析,淤積在沉沙池、淤改區(qū)、骨干渠道的泥沙約占總引沙量的一半以上,而這些區(qū)域又多分布在距黃河大堤15km寬的狹長地帶內(nèi)。

從引黃泥沙科學(xué)處理合資源的合理配置來看,這樣的分布結(jié)果顯然不理想,并且已經(jīng)帶來了許多問題:大量的引黃泥沙在渠首地區(qū)集中處理,使該地區(qū)泥沙環(huán)境容量迅速減小,人為增大了今后泥沙處理的難度;由于集中清淤,沉沙池及骨干渠道兩旁堆沙不斷增多,不僅占壓大量耕地,而且使周圍土地沙化、風(fēng)沙加重;進入排水河道的泥沙,加重了排水河道的淤積,降低了河道的防洪排澇能力。

三、泥沙治理方式的發(fā)展趨勢

引黃渠首地區(qū)自流集中沉沙的優(yōu)越條件日漸消失。自引黃以來,黃河下游沉沙占地已達(dá)5萬hm2,加上放淤改土23.2萬hm2和稻改12萬hm2,其面積已相當(dāng)可觀。這些地區(qū)多位于灌區(qū)渠首附近,有的灌區(qū)渠首地區(qū)已修建沉沙池或淤改多次,原來的低洼鹽堿地不僅地面已抬高,而且耕作條件已發(fā)生了極大變化,若再用來沉沙其代價十分昂貴。所以,渠首地區(qū)原來的自流集中沉沙條件正在喪失,集中處理泥沙的形勢日趨嚴(yán)峻。

通過對黃河泥沙治理形勢的分析,預(yù)測今后黃河下游引黃泥沙治理的方式將可能出現(xiàn)以下幾種趨勢:

第一,渾水灌溉、輸沙入田。黃河下游具有可分散處理泥沙的廣闊平原。將黃河泥沙尤其是較細(xì)顆粒的泥沙分布到田間,既能減輕幾種處理泥沙的負(fù)擔(dān),又能起到良好的改良突然結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力的作用,是一種最為經(jīng)濟的泥沙處理方式。

第二,渠首以挖待沉、自流沉沙。在渠道比降小、輸沙能力低、遠(yuǎn)距離輸沙難度大的灌區(qū)以及引黃提水灌區(qū),引入的泥沙大部分仍需要在渠首處理。但渠首地區(qū)沉沙用地將會越來越少,修建新沉沙池的難度和費用將日益增大,因此,必將不得不在渠首實行以挖待沉、自流沉沙。公務(wù)員之家

第三,遠(yuǎn)距離輸沙、多級分散沉沙。灌區(qū)中下游有可供集中沉沙的自然條件。黃河下游沿黃地區(qū)屬故黃河沖積區(qū),在灌區(qū)的中下游地區(qū)分布有不少古河道、廢河槽、低洼地等適合集中沉沙的場所。所以沿著輸沙干渠自上而下修建多出沉沙池實行遠(yuǎn)距離輸沙、多級分散沉沙將成為引黃灌區(qū)處理泥沙的又一有效途徑。

第四,結(jié)合黃河大堤加固處理引黃泥沙。將引黃泥沙處理與黃河大堤淤背相結(jié)合,在黃河大堤背后開辟沉沙帶,清水退入灌區(qū),逐步抬高黃河北河地面,使黃河河床相對變低,不僅可處理引黃泥沙,而且能淤筑黃河大堤,提高堤防抗洪能力,是泥沙處理的一個新途徑。

四、結(jié)語

引黃泥沙處理利用方式的變化必然帶來泥沙分布的相應(yīng)變化。隨著灌區(qū)工程條件的改善、渠道輸沙能力的提高和灌區(qū)管理技術(shù)的發(fā)展,采取渾水灌溉方式和遠(yuǎn)距離輸沙、多級分散沉沙的灌區(qū)逐步增加,泥沙處理方式將由集中處理轉(zhuǎn)向分散處理,泥沙在灌區(qū)平面上的分布也必然出現(xiàn)由過去的點(沉沙池)、線(灌排渠道)為主轉(zhuǎn)向以線、面(田間)為主的變化趨勢。