灌溉渠道中的泥沙控制

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5 灌溉渠道中的泥沙控制
 5．1 前 言
 泥沙輸送及其控制對(duì)灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)一直是個(gè)難題。河水?dāng)y帶的泥沙會(huì)使非襯砌渠道淤積。從下面的例子我們就可以知道泥沙量有多大。
 蘇特里杰(Sutlej)河每年輸沙3 500萬(wàn)t；印度河年均徑流量93x106acre·h，每年在塔貝拉的輸沙總量達(dá)44 000萬(wàn)¨吉拉姆河年輸沙量7000萬(wàn)t。喀布爾河的瓦薩克(Warsak)水庫(kù)建廠1960年，初期有效庫(kù)容為23 000acre·ft，而在最初10年中這一庫(kù)容銳減到只剩10 000acre‘fL。塔貝拉(Tarbela)水庫(kù)1975年建成時(shí)有效庫(kù)容為930萬(wàn)acre·ft，50年后減至100萬(wàn)acre．ft。同期曼格拉水庫(kù)有效庫(kù)容減少了30％。中國(guó)的黃河因含沙量高，河水呈黃色而得名，其含沙量高達(dá)61lb／ft3。
 吉拉姆河和印度河卜的曼格拉大壩和塔貝拉大壩的分別修建，減少了河流的含沙量，但在很大程度卜仍然存在泥沙淤積問(wèn)題。在切納布河的馬拉拉分水閘處分流的馬拉拉拉維河連接渠淤積深度高達(dá)9ft(最大)，而其上游河段總設(shè)計(jì)深度才14．5ft。
 與此相反，尼羅河上的阿斯旺大壩下游渠道則出現(xiàn)了沖刷問(wèn)題。阿斯旺大壩形成的湖阻止泥沙流向下游，使下游農(nóng)民從灌溉水中再也得不到肥沃的土地，并對(duì)大壩下游的水工建筑物基礎(chǔ)造成了嚴(yán)重沖刷。
 泥沙控制包括阻止多余泥沙進(jìn)入渠道和把進(jìn)入渠道的部分泥沙排出，這要在渠首幾百英尺內(nèi)完成。遺留在渠道中的泥沙應(yīng)該均勻分布，以使每個(gè)灌溉分水口得到同等比例的泥沙。這項(xiàng)工作具有很大的挑戰(zhàn)性，可通過(guò)對(duì)主渠、支渠渠首工程和向農(nóng)田輸水的分水口的正確設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。泥沙控制問(wèn)題在非襯砌渠道中非常復(fù)雜，但對(duì)允許高速過(guò)水的襯砌段卻是相當(dāng)簡(jiǎn)單。
 本章將探討幾種不同的渠道排沙方法及泥沙分布方式，以使進(jìn)入渠道的泥沙流人田地，增加土壤肥力，日前有4種方法。
 (1)布置渠首工程，以盡可能多地從主渠排沙；
 (2)進(jìn)行排沙布置，排除進(jìn)入主渠的泥沙，或?qū)⒛嗌尺m當(dāng)排人支渠；
 (3)設(shè)計(jì)一條不沖不淤的非襯砌渠道，換句話說(shuō)就是確保進(jìn)入渠道的泥沙能流進(jìn)農(nóng)田；
 (4)設(shè)計(jì)分水口，以便能帶走均等份額的泥沙。
 第四章已詳細(xì)敘述了第三種方法，下面將詳細(xì)討論第一種和第二種方法，第四種方法將在分水口一章中論述。
 
 5.2.1 隔水靖和沉沙池
 如第三章中所述，與渠首調(diào)節(jié)閘平行的隔水墻在渠道進(jìn)口前形成—個(gè)沉抄池，此處水流速降低，泥沙沉積到河床上。此措施是肯尼迪于1904年首次提出的，當(dāng)時(shí)由于錫爾欣德(Sir}find)河大量泥沙淤積，調(diào)節(jié)閘幾乎堵塞。肯尼迪提出：“渠道搏沙的惟一途徑是堵水成池，把所有多余泥沙沉積到河床上，然后在靜水中將沙排出。為此最有效的方法是抬高河流水位，遠(yuǎn)離擋水堰進(jìn)行調(diào)節(jié)。”
 他建議使用隔水墻和沖沙閘清除沉積泥沙。可采用下面兩種方法之—進(jìn)行河流調(diào)節(jié)。
 (1)沉沙池調(diào)節(jié)。水流進(jìn)人渠道后關(guān)閉沖沙閘。通過(guò)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)壩段閘門(mén)使沉沙池保持必需的水位，這時(shí)關(guān)閉渠道調(diào)節(jié)閘，開(kāi)啟沖沙閘，沖走沉積在沉沙池中的泥沙。英格里斯指出對(duì)一個(gè)筆直的引水渠來(lái)說(shuō)，泥沙分布根據(jù)隔水墻兩側(cè)水的流速比率分布。進(jìn)入沉沙池的泥沙量與vb／Yp成反比，其中Vb為在標(biāo)準(zhǔn)堰段水的行近流速，VD為沉沙池中的流速。在沖沙閘完全且剛好能抽取足夠的水補(bǔ)給渠道時(shí)，vo值最小。阿麥德也指出打開(kāi)隔水墻附近的閘門(mén)，井使用楔形閘門(mén)調(diào)節(jié)可以進(jìn)一步增加Vb／V。的值。沉沙池調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入渠道的泥沙相對(duì)較少，但是重復(fù)關(guān)閉渠道清理泥沙，并非總是可行的。
 (2)半開(kāi)流量調(diào)節(jié)。在這個(gè)系統(tǒng)中不需要間歇性地開(kāi)啟沖沙閘，且保持部分開(kāi)啟狀態(tài)。其排沙力，面不如沉抄池調(diào)節(jié)有效，但具有無(wú)不需關(guān)閉調(diào)節(jié)閘的優(yōu)點(diǎn)。
 (3)隔水墻和靜水池長(zhǎng)度及其他尺寸。根據(jù)英格里斯的觀點(diǎn)，隔水墻不應(yīng)超過(guò)上游調(diào)節(jié)閘。他推薦隔水墻應(yīng)從攔河閘伸至距調(diào)節(jié)閘距離的2／3處，渠首閘門(mén)2／3處。
 通過(guò)模型研究可確定沉沙池的最佳寬度，但總的來(lái)說(shuō)，橫斷面必須足夠?qū)捯詽M足渠道和沖沙閘的過(guò)水要求，并能在最低流量時(shí)保持泄流速度。如第三章所述，底部沖沙閘的長(zhǎng)度和堰頂高程應(yīng)能下泄最大拱水的15％。如Kalabagh攔河閘，其泄水部分的長(zhǎng)度和堰頂布置就能用于施工期導(dǎo)流。稍稍朝向沖沙閘收縮的沉沙池比宜的有利，因?yàn)檫@有助于沖刷。推薦收縮比不大于1：10。
 建議渠首調(diào)節(jié)閘堰頂位于1／3水深處。但是拉哈爾灌溉研究所對(duì)科特里(Kotri)攔河閘進(jìn)行的試驗(yàn)表明排抄最高效率的d／D隨Vb／Vn變化。當(dāng)Vh／Vn=2．10時(shí)，d／D約為0．42，Vb／Vp=1．25時(shí)，d／D約為0．15。
 5.2.2 導(dǎo)流墻
 美國(guó)墾務(wù)局在流速和泥沙流量均卜下波動(dòng)的小河道渠首調(diào)節(jié)閘前面成功使用了曲線導(dǎo)流墻排沙。圖5-2所示的堪薩斯州所羅門(mén)河南岔流上的伍德斯通引水壩就是采用曲線