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摘要：人民胜利渠灌区自从沉沙池还耕停用以来，主要采用浑水灌溉的方法进行泥沙处理。通过研究浑水灌溉的渠首引水含沙量、引水泥沙粒径、渠道的挟沙能力和渠道断面形态等边界条件，提出采用提高渠底坡降、渠道全面衬砌和修建专用沉沙池等措施，并在实际工程上进行了运用，确保了灌区浑水灌溉的正常进行。
关键词：人民胜利渠；浑水灌溉；边界条件；工程措施
一、灌区概况
人民胜利渠是新中国引黄灌溉的第一渠，自1952年开灌以来，人民胜利渠在农业灌溉、城市供水等方面作出了巨大的贡献。
黄河的含沙量特别大，引黄灌溉，如果措施不当会引来大量泥沙，造成淤积，不仅降低了排水河道的除涝标准，同时增加了灌溉渠道的清淤负担，增大了灌溉成本。人民胜利渠开灌60余年来，对灌区泥沙问题进行了积极处理。开灌初的1952年--1981年，主要用沉沙池对泥沙进行处理；从1981年到1986年，由于沉沙池的二次复淤积，拦沙率下降，则主要是利用沉沙池和输沙至田的措施，效果还是非常显著的；从1986年至今，由于沉沙池已还耕停用，不能集中处理泥沙，泥沙处理主要淤积在渠道内和田间。根据1982年到2011年的资料统计，30年间渠首引沙总量达15675.20万t，其中通过沉沙池处理1249.23万t，未处理14434.97万t。
二、浑水灌溉方法及边界条件
浑水灌溉顾名思义就是用不干净的或含沙、含土量大于15%（重量比）的河水为水源，期间利用多沙河流汛期浑水进行的灌溉。人民胜利渠灌区从1986年至今，灌溉针对泥沙处理主要是采用浑水输送技术，利用灌溉渠道将含沙水流输送到田间地头。
开展浑水灌溉，必须依据浑水灌溉边界条件，其中包括：控制最大引水含沙量、改善灌溉渠道的断面形态、科学合理加强用水管理研究、妥善处理泥沙等方面，从而采取一定的工程措施，来确保浑水灌溉的正常进行。
（一）控制灌溉引水含沙量
根据人民胜利渠灌区渠首多年引水含沙量的数据统计，非汛期渠首引水含沙量大于來水含沙量，汛期时则小于来水含沙量。但由于汛期黄河含沙量较高，渠首引水的含沙量的绝对值还是很高的。通过一定引水措施，控制渠首引水含沙量，为渠道输水输沙实行浑水灌溉创造条件[1]。
（二） 引水泥沙粒径
浑水灌溉中引水泥沙的粒径，对渠道的冲淤和灌溉土壤的物理性状都有直接影响。根据人民胜利渠多年的数据统计，渠首引沙的平均粒径为：汛期0.014～0.032㎜，非汛期0.03～0.045㎜。对灌区农田取土样分析，土壤颗粒平均粒径为0.024～0.032㎜。对于浑水灌溉，进入田间的泥沙由于在斗、农渠有一定淤积，因此不会大于土壤的平均粒径，不会引起土壤的沙化。集中处理泥沙前后允许引入灌区的最大含沙量和最大平均粒径见表2。
表2 引水含沙量和泥沙平均粒径控制值
泥沙处理情况 汛 期 非汛期
处理前
处理后 最大含沙量（kg/m3） 最大平均粒径（mm） 最大含沙量（kg/m3） 最大平均粒径（mm）
处理前
处理后 31.0
25.0 0.032
0.027 25.5
19.0 0.045
0.030
（三）渠道挟沙能力及断面形态
黄委会水科院在50年代根据引黄灌区实测资料提供的黄河中、下游地区渠系挟沙能力的计算公式：
（1）
式中 ——挟沙能力， ； ——断面平均水深 ， ； ——水面宽度 ， ； ——重力加速度， ； ——流速， ； ——泥沙沉降速度的加权平均值， ； ——水力半径 ， 。
由于三门峡、黄河小浪底工程建设完成后，黄河下游的来水来沙情况发生了变化，根据目前人民胜利渠灌区的水沙观测资料，对上述公式可进行修正为：
（2）
式中 ——渠道的坡降，以万分率表示[2]。
使用以上公式并按照冲淤平衡的原则，可得到人民胜利渠灌区各级渠道的设计挟沙能力，见表3。
表3 浑水灌溉渠道的设计挟沙能力
项 目 集中处理前 集中处理后 支渠 斗渠、农渠
总干渠 总干渠
最大含沙量（kg/m3）
挟沙能力（kg/m3） 31.0
23.0 25.0
19.0 19.0
14.0 12.0
9.0
浑水灌溉渠道在维持冲淤平衡的条件下，联解水流连续方程、动力方程、挟沙能力、水力半径与水深关系4个方程，可得到不冲不淤条件下渠道横断面形态参数的计算方程：
（3）
（4）
式中： ——平均水深， ； ——水面宽， ； ——设计流量， ； ——挟沙能力， ， ——渠道糙率； ——渠道比降，小数表示； ——重力加速度， ；
——泥沙沉降速度的加权平均值， ，用下式计算：
（5）
——泥沙容重； ——水的容重； ——泥沙粒径； ——水运动粘滞性系数。
渠道的纵断面形态可用比降来反映。渠道比降主要以地形条件和水位来确定。地形允许应采用较大的比降，地形坡度较小，可采取衬砌渠道，提高集中处理泥沙的比例等措施。表4是人民胜利渠灌区实行浑水灌溉时，应满足的渠道宽深比和纵比降。
表4 浑水灌溉渠道的宽深比和纵比降
项目 引水渠、总干渠 沉砂池下游总干渠、干渠 支渠 斗渠
设计流量（m3/s）
设计挟沙能力（kg/m3）
宽深比
纵比降 60～100 23.0
8～13
1/2500～1/3500 15～60
19.0
7～10
1/3500～1/4000 2～5
14.0
5～7
1/3000～1/4000 0.5～0.2
9.0
2～3
1/3000～1/3500
三、适应浑水灌溉的技术改造及工程措施
（一）减少引水含沙量
应对引水渠进行渠线改造、截弯取直、加强衬砌、提高引水渠的抗冲刷能力、非灌溉季节避免单独拉水引渠和避开汛期含沙量最高的时期引水等措施，都可以有效低降低渠首引水的含沙量。一般来说非汛期河流中含沙量超过35kg/m3，汛期超过70kg/m3时应停止引水[1]。
（二）灌溉期间，合理调配水量，控制泥沙粒径
结合人民胜利渠灌区实际情况，浑水灌溉的水源是汛期黄河水，灌区要适应高含沙洪水历时短、来量大的特点，引水口应有利于引用较多的浑水，尽量减少渠道级数，增大设计流量，全灌区干支渠同时放水，斗渠全开，使水流尽快进入田间，减少泥沙沉淀，减轻渠道淤积。
（三）渠道衬砌及改变坡降
人民胜利渠灌区自1952年4月建成通水到目前为止，输水渠道除少部分衬砌外，大部分仍沿用当初修建的土渠，工程标准非常低，且90%以上的工程已超过其设计使用寿命。灌区水利用系数仅为0.3-0.4，有60%-70%的水在输送过程中被无益的消耗。据观测，总干渠挟沙能力年平均12.0～15.1 kg/m3，干渠为7.7～12.3 kg/m3，支渠为6.5～11.5 kg/m3，斗农渠为4.4～7.8 kg/m3，均未达到浑水灌溉渠道边界条件要求，所以造成渠道严重淤积[3]。
渠道衬砌可以减少糙率，提高流速，减少渗漏造成的沿程水流的损失，增强输水输沙的能力。土质渠道在设计时一般选用糙率为0.02-0.0225之间，而混凝土衬砌的糙率为0.014-0.015之間，在其它参数相同的情况下，可算出两者流速相差约40%，挟沙能力则在50%以上[3]。按照浑水灌溉的边界条件，灌区的土渠应进行砼全断面衬砌，使渠道的输水挟沙能力满足总干、干渠不淤，支渠及其以下稍淤，大部分泥沙输送到田间的要求。
人民胜利渠全灌区地面坡降约为1/4000，是表4所给出的浑水灌溉渠道坡降的最小值，而灌区中部与黄河河底高差约15～20m，可以调整渠道比降，加大渠道纵坡从而提高挟沙能力。因此，在技术改造中应对淤积十分严重的渠道进行改造清淤，采取加高加固堤防的办法，通过加大放水流量，来自然调整渠道比降，以此提高其输水输沙能力。
（四）修建沉沙池
修建专用沉沙池，将20%左右粒径在0.05mm以上的粗颗粒泥沙进行处理，并引进先进技术，把这些泥沙制成灰沙实心砖、空心砖、多孔砖、淤沙蒸压加气混凝土砌块等建筑材料[4]。25%的较细颗粒泥沙淤积在支、斗、农渠中。其余55%的细颗粒泥沙输送到田间。
四、结语
人民胜利渠灌区在沉沙池还耕停用，不能采用很好的集中沉沙的条件下，按照浑水灌溉的边界条件，以科技委先导，在不断探索和总结经验的基础上，对灌区进行一系列的技术改造和工程措施，保证了渠道的冲淤平衡和浑水灌溉的正常运行，实现了人民胜利渠灌区的可持续发展。
参考文献：
[1] 杨林桐，李中生.人民胜利渠灌区泥沙处理实践与研究[J].泥沙研究，2000（2）：15-18.
[2] 马喜东，袁光耀等.人民胜利渠灌区浑水灌溉条件研究[J].人民黄河，1992（10）：15-18.
[3] 李雄飞，尤尊贤等.人民胜利渠灌区泥沙问题及对策[J].人民黄河，2001，23（11）：31-32.
[4] 姜秀芳，潘丽等.人民胜利渠泥沙处理与资源利用途径[J].人民黄河，2012，34（8）：39-40.
关键词：人民胜利渠；浑水灌溉；边界条件；工程措施
一、灌区概况
人民胜利渠是新中国引黄灌溉的第一渠，自1952年开灌以来，人民胜利渠在农业灌溉、城市供水等方面作出了巨大的贡献。
黄河的含沙量特别大，引黄灌溉，如果措施不当会引来大量泥沙，造成淤积，不仅降低了排水河道的除涝标准，同时增加了灌溉渠道的清淤负担，增大了灌溉成本。人民胜利渠开灌60余年来，对灌区泥沙问题进行了积极处理。开灌初的1952年--1981年，主要用沉沙池对泥沙进行处理；从1981年到1986年，由于沉沙池的二次复淤积，拦沙率下降，则主要是利用沉沙池和输沙至田的措施，效果还是非常显著的；从1986年至今，由于沉沙池已还耕停用，不能集中处理泥沙，泥沙处理主要淤积在渠道内和田间。根据1982年到2011年的资料统计，30年间渠首引沙总量达15675.20万t，其中通过沉沙池处理1249.23万t，未处理14434.97万t。
二、浑水灌溉方法及边界条件
浑水灌溉顾名思义就是用不干净的或含沙、含土量大于15%（重量比）的河水为水源，期间利用多沙河流汛期浑水进行的灌溉。人民胜利渠灌区从1986年至今，灌溉针对泥沙处理主要是采用浑水输送技术，利用灌溉渠道将含沙水流输送到田间地头。
开展浑水灌溉，必须依据浑水灌溉边界条件，其中包括：控制最大引水含沙量、改善灌溉渠道的断面形态、科学合理加强用水管理研究、妥善处理泥沙等方面，从而采取一定的工程措施，来确保浑水灌溉的正常进行。
（一）控制灌溉引水含沙量
根据人民胜利渠灌区渠首多年引水含沙量的数据统计，非汛期渠首引水含沙量大于來水含沙量，汛期时则小于来水含沙量。但由于汛期黄河含沙量较高，渠首引水的含沙量的绝对值还是很高的。通过一定引水措施，控制渠首引水含沙量，为渠道输水输沙实行浑水灌溉创造条件[1]。
（二） 引水泥沙粒径
浑水灌溉中引水泥沙的粒径，对渠道的冲淤和灌溉土壤的物理性状都有直接影响。根据人民胜利渠多年的数据统计，渠首引沙的平均粒径为：汛期0.014～0.032㎜，非汛期0.03～0.045㎜。对灌区农田取土样分析，土壤颗粒平均粒径为0.024～0.032㎜。对于浑水灌溉，进入田间的泥沙由于在斗、农渠有一定淤积，因此不会大于土壤的平均粒径，不会引起土壤的沙化。集中处理泥沙前后允许引入灌区的最大含沙量和最大平均粒径见表2。
表2 引水含沙量和泥沙平均粒径控制值
泥沙处理情况 汛 期 非汛期
处理前
处理后 最大含沙量（kg/m3） 最大平均粒径（mm） 最大含沙量（kg/m3） 最大平均粒径（mm）
处理前
处理后 31.0
25.0 0.032
0.027 25.5
19.0 0.045
0.030
（三）渠道挟沙能力及断面形态
黄委会水科院在50年代根据引黄灌区实测资料提供的黄河中、下游地区渠系挟沙能力的计算公式：
（1）
式中 ——挟沙能力， ； ——断面平均水深 ， ； ——水面宽度 ， ； ——重力加速度， ； ——流速， ； ——泥沙沉降速度的加权平均值， ； ——水力半径 ， 。
由于三门峡、黄河小浪底工程建设完成后，黄河下游的来水来沙情况发生了变化，根据目前人民胜利渠灌区的水沙观测资料，对上述公式可进行修正为：
（2）
式中 ——渠道的坡降，以万分率表示[2]。
使用以上公式并按照冲淤平衡的原则，可得到人民胜利渠灌区各级渠道的设计挟沙能力，见表3。
表3 浑水灌溉渠道的设计挟沙能力
项 目 集中处理前 集中处理后 支渠 斗渠、农渠
总干渠 总干渠
最大含沙量（kg/m3）
挟沙能力（kg/m3） 31.0
23.0 25.0
19.0 19.0
14.0 12.0
9.0
浑水灌溉渠道在维持冲淤平衡的条件下，联解水流连续方程、动力方程、挟沙能力、水力半径与水深关系4个方程，可得到不冲不淤条件下渠道横断面形态参数的计算方程：
（3）
（4）
式中： ——平均水深， ； ——水面宽， ； ——设计流量， ； ——挟沙能力， ， ——渠道糙率； ——渠道比降，小数表示； ——重力加速度， ；
——泥沙沉降速度的加权平均值， ，用下式计算：
（5）
——泥沙容重； ——水的容重； ——泥沙粒径； ——水运动粘滞性系数。
渠道的纵断面形态可用比降来反映。渠道比降主要以地形条件和水位来确定。地形允许应采用较大的比降，地形坡度较小，可采取衬砌渠道，提高集中处理泥沙的比例等措施。表4是人民胜利渠灌区实行浑水灌溉时，应满足的渠道宽深比和纵比降。
表4 浑水灌溉渠道的宽深比和纵比降
项目 引水渠、总干渠 沉砂池下游总干渠、干渠 支渠 斗渠
设计流量（m3/s）
设计挟沙能力（kg/m3）
宽深比
纵比降 60～100 23.0
8～13
1/2500～1/3500 15～60
19.0
7～10
1/3500～1/4000 2～5
14.0
5～7
1/3000～1/4000 0.5～0.2
9.0
2～3
1/3000～1/3500
三、适应浑水灌溉的技术改造及工程措施
（一）减少引水含沙量
应对引水渠进行渠线改造、截弯取直、加强衬砌、提高引水渠的抗冲刷能力、非灌溉季节避免单独拉水引渠和避开汛期含沙量最高的时期引水等措施，都可以有效低降低渠首引水的含沙量。一般来说非汛期河流中含沙量超过35kg/m3，汛期超过70kg/m3时应停止引水[1]。
（二）灌溉期间，合理调配水量，控制泥沙粒径
结合人民胜利渠灌区实际情况，浑水灌溉的水源是汛期黄河水，灌区要适应高含沙洪水历时短、来量大的特点，引水口应有利于引用较多的浑水，尽量减少渠道级数，增大设计流量，全灌区干支渠同时放水，斗渠全开，使水流尽快进入田间，减少泥沙沉淀，减轻渠道淤积。
（三）渠道衬砌及改变坡降
人民胜利渠灌区自1952年4月建成通水到目前为止，输水渠道除少部分衬砌外，大部分仍沿用当初修建的土渠，工程标准非常低，且90%以上的工程已超过其设计使用寿命。灌区水利用系数仅为0.3-0.4，有60%-70%的水在输送过程中被无益的消耗。据观测，总干渠挟沙能力年平均12.0～15.1 kg/m3，干渠为7.7～12.3 kg/m3，支渠为6.5～11.5 kg/m3，斗农渠为4.4～7.8 kg/m3，均未达到浑水灌溉渠道边界条件要求，所以造成渠道严重淤积[3]。
渠道衬砌可以减少糙率，提高流速，减少渗漏造成的沿程水流的损失，增强输水输沙的能力。土质渠道在设计时一般选用糙率为0.02-0.0225之间，而混凝土衬砌的糙率为0.014-0.015之間，在其它参数相同的情况下，可算出两者流速相差约40%，挟沙能力则在50%以上[3]。按照浑水灌溉的边界条件，灌区的土渠应进行砼全断面衬砌，使渠道的输水挟沙能力满足总干、干渠不淤，支渠及其以下稍淤，大部分泥沙输送到田间的要求。
人民胜利渠全灌区地面坡降约为1/4000，是表4所给出的浑水灌溉渠道坡降的最小值，而灌区中部与黄河河底高差约15～20m，可以调整渠道比降，加大渠道纵坡从而提高挟沙能力。因此，在技术改造中应对淤积十分严重的渠道进行改造清淤，采取加高加固堤防的办法，通过加大放水流量，来自然调整渠道比降，以此提高其输水输沙能力。
（四）修建沉沙池
修建专用沉沙池，将20%左右粒径在0.05mm以上的粗颗粒泥沙进行处理，并引进先进技术，把这些泥沙制成灰沙实心砖、空心砖、多孔砖、淤沙蒸压加气混凝土砌块等建筑材料[4]。25%的较细颗粒泥沙淤积在支、斗、农渠中。其余55%的细颗粒泥沙输送到田间。
四、结语
人民胜利渠灌区在沉沙池还耕停用，不能采用很好的集中沉沙的条件下，按照浑水灌溉的边界条件，以科技委先导，在不断探索和总结经验的基础上，对灌区进行一系列的技术改造和工程措施，保证了渠道的冲淤平衡和浑水灌溉的正常运行，实现了人民胜利渠灌区的可持续发展。
参考文献：
[1] 杨林桐，李中生.人民胜利渠灌区泥沙处理实践与研究[J].泥沙研究，2000（2）：15-18.
[2] 马喜东，袁光耀等.人民胜利渠灌区浑水灌溉条件研究[J].人民黄河，1992（10）：15-18.
[3] 李雄飞，尤尊贤等.人民胜利渠灌区泥沙问题及对策[J].人民黄河，2001，23（11）：31-32.
[4] 姜秀芳，潘丽等.人民胜利渠泥沙处理与资源利用途径[J].人民黄河，2012，34（8）：39-40.