1 基本情况
灌区位于黄河下游北岸的山东滨州地区,纵贯惠民、阳信、无棣三个县,控制面积3010km2设计灌溉面积
灌区于1985年开展水沙测试工作。自1989年以来,与中国水科院泥沙所多次合作,结合黄淮海平原农业开发和“八五”攻关科技项目,开展了比较系统和规范的水沙观测。在各骨干渠道上设置了20个测沙站点,定时定点取水沙样。取水沙样抓住了点位、时机、收取三个重要环节。每个水沙样都做含沙量测定,部分水沙样进行粒径分析。在收取水沙样的同时,对引黄闸、夹河等主要站点,观测水位,实测水深,流速和过水断面等。引水期结束后,对部分测沙站点的渠床断面进行实地测量,并取渠床淤积物,进行干么重测定和粒径分析。最后根据研究内容和科研项目要求,将测验资料和数据,运用水沙运动力学理论,进行计算、回归分析和验证,从中总结和找出灌区水沙分布规律及特点。 |
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2 灌区水沙分布特点
利用水沙观测资料和分析成果,结合灌区历年的渠床断面测量及清淤资料,进行整理,计算和研究分析,从中显示出灌区水沙分布特点。
2.1
2.1.1 渠首引水引沙特性
渠首引黄闸引水、引沙、受黄河来水来沙条件的制约。从1985~
2.1.2 引水引沙随季节的变化特点
灌区引水,不同的季节,引沙比例和引水比例是不同步的,从多年资料测知,春灌引水占60.4%,夏秋灌引水占21.9%,冬灌占17.7%。引沙比例则有所不同,春灌引沙占48.8%,夏秋灌占39.1%,冬灌占12.2%。显然不同季节引水和引沙的比例是不同步的(见图2)。 灌区引沙直接依赖于黄河水沙变化和引水量,在同样引水量的前提下,黄河含沙量越大,其引沙量越多,会导致骨干渠道淤积严重。显然,夏秋灌引水占全年引水量的21.9%,而引沙量却占全年引沙量的40%。因此,夏秋灌时引水,应对引水含沙量的大小给予充分的考虑,同时用加大引水流量进行调剂控制。 |
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2.2
灌区内不同的灌溉区域,各引水季节的引水比例有所不同,灌区上游(东条渠、总干渠、二干渠首到陈谢站
2.3
区域是指骨干渠道及两侧下级渠系及所灌溉的农田面积,对1985~
Sediment distribution in the district of main canal in 1985~
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| 骨干渠道 | 下级渠系 | 田间灌溉 | 灌溉方式 | |||
区域名称 | 多年平均 | |||||||
| 来沙量 | 淤积量 | 占比例 | 淤积量 | 占比例 | 淤积量 | 占比例 |
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| ×04t | ×104t | % | ×04t | % | ×104t | % |
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灌区 | 442.6 | 184.1 | 41.6 | 137.5 | 31.1 | 121.0 | 27.3 |
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东条渠区域 | 126.4 | 75.3 | 59.6 | 21.5 | 17.0 | 29.6 | 23.4 | 半自流灌溉 |
总干渠区域 | 73.8 | 22.5 | 30.5 | 28.6 | 38.7 | 22.7 | 30.8 | 自流灌溉 |
一干渠区域 | 35.8 | 16.1 | 45.1 | 9.7 | 27.1 | 10.0 | 27.8 | 提水灌溉 |
二干渠区域 | 206.6 | 70.2 | 34.0 | 77.7 | 37.6 | 58.7 | 28.4 | 提水灌溉 |
2.4 渠道冲淤交替变化规律与含沙量及悬沙粒径组成沿程变化的关系 渠道的淤积和冲刷都不是单向发展的,而是相互交替时而淤积,时而冲刷。冲刷和淤积主要取决于来水来沙条件和水流挟沙能力之间的对比关系。当进口含沙量大泥沙较粗,来水流量较小,流速较慢,渠道就会淤积,反之,渠道就会冲刷。从1985~1998年实测水沙资料计算分析得知,东条渠(自引黄闸——夹河站),含沙量进出口沿程减少速率大,悬沙粒径细化,故淤积现象严重。自1995年后,含沙量进出口沿程减少速率小,渠道淤积程度显著减轻。其他骨干渠道也符合上述关系。各骨干渠道含沙量沿程变化总的趋势(见图3)。
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床沙粒径的变化与渠道的冲淤变化也有联系,从床沙粒径的资料分析,骨干渠道从上游到下游乃至田间是沿程细化过程,而且骨干渠道以上的床沙
Variation of medium diameter of bed load (deposition)along the
canal in Bojili Irrigation District
位置 | 东条渠 | 总干渠 | 二干渠 | 一干渠 | 支渠 | 田间 |
床沙粒径D50(mm) | 0.069 | 0.067 | 0.048 | 0.055 | 0.056~0.015 | 0.03~0.013 |
3 灌区水沙调度的经验
在认识上述水沙分布特点之后,根据灌区实际情况,逐步实施下述水沙调度方案,在骨干渠道减淤中收到明显的效果,取得了较成功的经验。
3.1
总干渠衬砌后,输水能力由原来的45m3/s提高到
3.2
该灌渠因受夹河涵洞底板的限制,原设计有三段不同的比降,其中尾部有800m的倒比降。此比降的分段方式,虽然不能增大条渠的纵比降,但可以改变水面线和泥沙淤积分布。导致条渠上游段,输沙能力大,较粗的泥沙首先淤积下来,但淤积量较少。下游段输沙能力小,较多较细的泥沙淤积在尾部,反过来,又影响上游渠道的输沙能力,发生溯源淤积。为此,
3.3
所谓水沙最佳调度方案,就本灌区而言,就是将东条渠的水流泥沙输送到二干渠的最下游,把一干渠及支级渠系的水流泥沙送至田间。为了达到这一目的,灌区自
3.3.1 以实测含沙量调度引水流量
渠道的冲淤都与含沙水流的流速,引水流量,含沙量大小及泥沙粒径有关。通过多年的水沙观测资料和各级渠道断面的实测的数据分析可知,各骨干渠道不冲不淤状态下,以上各因素的关系界限。
Relationships among flow discharge,velocity,
condition of equilibrium of erosion/deposition of the main canal
渠道名称 | 渠道状态 | 流速(m/s) | 含沙量(kg/m3) | 引水流量(m3/s) | 泥沙粒径D50(mm) |
东条渠 | 不冲不淤 | 0.55~0.80 | 8~15 | 35~50 | 0.01~0.03 |
总干渠 | 不冲不淤 | 0.80~0.95 | 10~25 | 30~40 | 0.01~0.03 |
一干渠 | 不冲不淤 | 0.65~0.80 | 3~10 | 10 | 0.008~0.025 |
二干渠 | 微冲 | 0.85~1.00 | 10~25 | 25~30 | 0.008~0.025 |
3.3.2 按季节实施不同的引水调度方案
(1)春灌期,我们抓住了“抢早抓晚”和“冬蓄春用”的水沙调度措施。在含沙量不超过
(2)夏秋灌期,此期黄河来水多,同时含沙量也大。所以引水时对含沙量的大小应给予充分的考虑。当含沙量超过
(3)冬灌期,此期黄河水较丰,含沙量一般在
3.3.3 不同灌溉方式的水沙调度
(1)自流灌溉:此灌溉方式支渠取水口多为涵闸式引水,取水口底板略高于干渠。引水进沙类似引黄闸的引流情况,所以在引水时,应按设计流量,尽可能大流量引水,这样能加快支渠水流流速,提高挟沙能力,让更多的泥沙进入田间。
(2)提水灌溉:一般用泵站和抽水机械取水,取水口可以布置在任何不同水深处。另外,泵站提水,会很快使上游水位降低,流速加快,挟沙能力提高。为此,对提水灌区,我们实施泵站布置合理,取水口设计在相对水深
3.3.4 协调灌区上、中、下游的用水供需关系
受灌区位置和来水条件的限制,上、中、下游用水矛盾时而发生。此时,我们的水沙调度方案是①集中灌溉,实行轮灌。在轮灌期强调昼夜不停的引水。严格限制轮灌时间。②分配引用水指标,在渠首引水量给定的情况下,可根据上、中、下游的渠系和灌溉面积及人畜饮用水情况,客观地制定分水指标,分水指标应优先考虑人畜饮水需求,尔后在所分的用水指标内可自行灵活调制,轮灌方式可在本区间进行。如灌区在
4 结语
灌区通过水沙观测工作,对水沙分布规律及特点有了比较全面的认识,在此基础上提出并实施了减少骨干渠道淤积的水沙调度方案。收到明显的效果①东条渠淤积量明显减少由



