導語：渠網(wǎng)灌溉水沙調(diào)度分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1前言

隨著引黃灌溉事業(yè)的發(fā)展，泥沙問題日益突出。引黃泥沙的處理不但影響沿黃兩岸地區(qū)的工農(nóng)業(yè)效益，還將造成土地沙化，成為影響環(huán)境的公害。

渠網(wǎng)水沙調(diào)度的目的是通過不同的泥沙處理和灌區(qū)布置方式，進行泥沙遠距離輸送，使進入渠道的泥沙得到合理的安排。這也正是引黃灌溉泥沙安排的戰(zhàn)略方向。

2渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型的計算方法

黃河下游引黃灌區(qū)灌溉渠道的分布均可概化成干、支、斗、農(nóng)、田的結(jié)構(gòu)形式，即水流自上而下逐級分流直至田間。干渠的水沙運動可用灌渠水流泥沙數(shù)學模型來計算(詳見文獻[1])。如果將支渠看成是干渠、斗渠看成是支渠，則支渠的沖淤計算也與干渠一樣，而斗渠和農(nóng)渠又可看成是支渠與斗渠的模式，這樣整個灌區(qū)的干、支、斗、農(nóng)渠直至田間的水沙運動過程都可求出，因此以灌渠水流泥沙數(shù)學模型為基礎，考慮不同灌溉渠道中引水、灌溉形式等，即可建立用于泥沙調(diào)度的渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型。

由于一個灌區(qū)的支、斗、農(nóng)渠很多，如果通過對每條渠道的計算來求全灌區(qū)的淤積及分布則十分繁雜。因此在渠網(wǎng)水沙調(diào)度模型中，根據(jù)具體情況進行了簡化。首先把灌區(qū)內(nèi)自流灌區(qū)與提水灌區(qū)分開；然后根據(jù)平面位置、地形情況、種植作物異同等分成幾片(可包括幾個支渠灌溉系)；再分別找出有代表性的典型支渠灌溉系，進行支、斗、農(nóng)至田間的泥沙淤積及分布計算；最后用各代表支渠系統(tǒng)的計算結(jié)果，推算出各片的泥沙淤積分布情況，即可計算出整個灌區(qū)(包括自流灌區(qū)和提水灌區(qū))的泥沙淤積分布。下面詳細介紹各級渠道的水沙計算方法。

2.1干渠水流泥沙計算

一般情況下，干渠的進、出口邊界條件(即進口水沙、出口水位過程)是已知的，這些資料可以在干渠實際運行中得到，支渠分流分沙量可根據(jù)不同灌溉情況確定。

(1)自流灌區(qū)：用已知的干渠進出口流量差，減去渠道輸水損失，即可得干渠向支渠輪灌組的總送水流量。因各支渠的分流量一般沒有實測資料，可根據(jù)其設計流量在該輪灌組設計流量總和中所占比例進行分配，自流灌溉支渠的引水引沙比相當。

(2)提水灌區(qū)：各提灌支渠的引水流量根據(jù)各泵站的提水流量確定，此時，干渠進出口流量差減去各支渠總的提灌流量，即為干渠的損失流量。值得注意的是提灌支渠引沙比大于引水比，一般取其比值為1.07。

根據(jù)干渠進、出口及支渠分流分沙條件，用灌渠數(shù)學模型即可計算出干渠各計算斷面的水流泥沙情況，如文獻[1]中簸箕李灌區(qū)干渠的驗算。

2.2支渠水流泥沙計算

在干渠水沙計算的過程中，可以得到支渠進口斷面的水位、流量、含沙量和懸沙級配。將有斗渠進水閘的地點設立計算斷面，根據(jù)不同的灌溉方式求出農(nóng)渠分水分沙量及支渠末端的水位。

(1)自流灌區(qū)圖1是灌區(qū)輪灌示意圖，當支渠向斗渠第一輪灌組送水時，支渠出口水位為斗9進水閘門前的水位；當支渠向斗渠第二輪灌組送水時，斗7～斗9是關(guān)閉的，假設第二輪灌組最后一斗渠為斗6，則斗6進水閘前的水位為支渠的出口水位，其余可以類推。支渠出口水位可根據(jù)輪灌組最后一斗渠進水閘前的水位來確定。

支渠進口流量減去支渠水流的損失，即為出口流量。同一斗渠輪灌組內(nèi)有幾個斗渠，每個斗渠的分流量，可根據(jù)其設計流量在該輪灌組設計流量總和中所占比例來確定。如圖1，斗7、斗8、斗9負擔澆灌的田間面積相等，則其設計流量也應相等，即三個斗渠的分流量亦相等，故斗9的進口流量為

圖1自流灌區(qū)支渠、農(nóng)渠、斗渠輪灌示意圖

Therotationirrigationsketchof

irrigationdistrictbygravityflow

QD=1/3(QD-qAD)

式中QD為斗9的進口流量；QA為支渠的進口流量；qAD為支渠AD段流量損失。

根據(jù)斗渠進口流量及口門的水位流量關(guān)系，可得出斗9進水口門前的水位，故支渠的下游水位過程也就能確定。斗渠第一輪灌組澆一次水的運行時間，可根據(jù)該組控制灌溉面積的需水量求出。同理第二、第三輪灌組的運行時間也可求出。則整個支渠澆一次水的開閘放水時間也可知，利用灌渠數(shù)學模型就可計算出這次放水期間支渠的泥沙淤積量、淤積分布和床沙級配等。

(2)提水灌區(qū)提灌支渠的進口流量由揚水站抽水量來確定。如果支渠向斗渠送水是自流，則確定支渠下游水位的方法與自流灌區(qū)支流確定下游水位的方法一樣；但通常提灌支渠向斗渠送水，多為水泵提水，這時可假設支渠末端水位不變，等于支渠的設計水位，而斗渠輪灌組中斗渠的分流量，由各斗渠提水水泵的抽水流量來確定。其他計算過程同自流灌區(qū)的支渠水流泥沙計算相同。

2.3斗渠水流泥沙計算

(1)自流灌區(qū)斗渠的情況與支渠相似，只是距離更短，可在各農(nóng)渠進口設計斷面，農(nóng)渠也可分為幾次輪灌，如圖1是分兩次。因假設斗7、斗8、斗9入流量相等，故只須計算其中之一(如斗9)的水流泥沙過程就行。計算斗9第一次輪灌時，假設向3條農(nóng)渠放水，而且每條農(nóng)渠進水流量也可根據(jù)其澆灌面積所占比例來分配斗渠的輸出流量，即可按各農(nóng)渠設計流量大小比例分配。這里假設其相等，則

QE=1/3(QD-qED)

式中QE為農(nóng)渠E的進水流量；QD為斗9渠的進水流量；qED為斗9渠ED段流量的損失。

同樣可根據(jù)每次輪灌最后一條農(nóng)渠的進口流量(如QE)及該農(nóng)渠進口斷面的水位流量關(guān)系，求出相對應的水位。因此，斗9下游水位過程線亦可求出。而斗9的引水時間前面已求出，故斗9的水流泥沙傳輸過程也可用灌渠數(shù)學模型計算，并求出淤積量、淤積分布和床沙級配等。

(2)提水灌區(qū)提灌斗渠的進口流量是由水泵的抽水流量確定的，但提灌斗渠向農(nóng)渠送水一般為自流，因此其他計算過程與自流灌區(qū)斗渠的水流泥沙計算相同。當然，如果農(nóng)渠分水仍提水，則可假設斗渠末端的水位為設計水位(如在簸箕李灌區(qū)計算中取水深為0.5m～0.8m)，各農(nóng)渠的水量由其水泵的抽水流量決定，因此斗渠的水流泥沙過程用前述數(shù)學模型一樣可求。

2.4農(nóng)渠和田間的泥沙淤積

農(nóng)渠和田間的水流泥沙過程是一樣的，根據(jù)農(nóng)渠各輪灌組的運行時間及進入農(nóng)渠流量、含沙量就可求出泥沙在農(nóng)渠和田間的淤積量。田間淤積分布的情況是農(nóng)渠放水口附近淤積較多、離放水口遠處淤積較少。因為進入田間的泥沙粒徑都相當細，所以總體來看可假設田間淤積是平均分布的。何況每次耕作，土地都需要平整，因此均勻分布的假設對田間來說是可行的。

3簸箕李灌區(qū)渠網(wǎng)水沙調(diào)度方案計算

渠網(wǎng)水沙調(diào)度的目的是通過不同的泥沙處理和灌溉方式，使進入渠道的泥沙得到合理的安排，運用渠網(wǎng)泥沙調(diào)度模型，可以比較不同調(diào)度方案的泥沙淤積及分布情況，以供生產(chǎn)實際參考?，F(xiàn)以簸箕李灌區(qū)為例，對幾種可行調(diào)度方案進行計算分析。

3.1水沙調(diào)度方案

灌區(qū)泥沙處理方式按渠首布置方式的不同分為集中處理和分散處理兩種方式。集中處理是在渠首引水閘后設立沉沙池，渾水經(jīng)過沉沙池，粗顆粒泥沙大量集中落淤，含較細顆粒泥沙的渾水逐次分流進入各級渠道和田間；分散處理則不設沉沙池，直接把泥沙分散到渠道和田間。當沉沙池作用未得到較好的發(fā)揮時，也屬于這種情況。

灌區(qū)灌溉方式分同時配水和集中輪灌。同時配水是指灌溉期間，渠道內(nèi)所有的引水閘門全部開啟，同時澆灌渠道所負責的灌溉面積；集中輪灌是指將渠道所擔負的灌溉面積分成幾組，按由下游至上游的順序，輪流灌溉每組。不同的泥沙處理和灌溉方式，都將導致泥沙在灌區(qū)的分布情況發(fā)生變化。在此僅詳細討論以下三種方案下計算結(jié)果：①設沉沙池，同時配水；②設沉沙池，集中輪灌；③改沉沙條渠為一般的干渠，集中輪灌。

3.2渠網(wǎng)水沙調(diào)度方案計算結(jié)果分析

Theamountofsedimentdepositioninprimarycanalfordifferentirrigationplan

TheamountofsedimentdepositioninBojiliIrrigationDistrictfordifferentirrigationplan

通過分析簸箕李灌區(qū)1990年～1992年的引水引沙實測資料，選取1991年12月4日～1992年10月20日為典型水沙條件年。應用渠網(wǎng)水沙調(diào)度數(shù)學模型，對上述三種渠網(wǎng)水沙調(diào)度方案進行系統(tǒng)計算，得出灌區(qū)引黃河泥沙313.24萬m3，退水渠道排沙71.227萬m3，即灌區(qū)泥沙淤積總量為242.013萬m3。泥沙分布計算結(jié)果見圖2、圖3、表1與表2。

由上述圖表可見，同時配水方案各級渠道淤積量都較大，輸送至田間的泥沙較少；集中輪灌方案渠道淤積量相對減小，輸送至田間的泥沙增多。兩方案得出的結(jié)果和灌區(qū)實際運行結(jié)果是一致的。在實際運行中，為減少泥沙在渠道的淤積，應盡量采用集中輪灌方式引水。

集中輪灌方式下將沉沙條渠改為普通干渠，二干渠和相應支渠的淤積量都有所增加，輸送至田間的泥沙量增多了。在灌區(qū)實際運行中，當沉沙條渠使用年限較長或由于客觀原因未能進行即時清淤時，沉沙條渠的落淤效果大大降低，結(jié)果使泥沙在干渠、支渠淤積量增多，這與計算結(jié)果也是一致的。從泥沙顆粒粒徑沿程分布看，各方案由干渠至支渠至斗渠的泥沙粒徑沿程變細，這和渠網(wǎng)泥沙分布特性一致。同時配水時的支渠、斗渠下游泥沙顆粒粒徑較集中配水為小，說明集中輪灌有利于減小渠道淤積，使泥沙向下級渠道乃至向田間輸送。將沉沙條渠改普通干渠方案同等級渠道中懸沙、床沙粒徑均較大，說明不設沉沙條渠將加大粗顆粒泥沙遠輸。

4結(jié)論

本文應用灌溉渠網(wǎng)水沙調(diào)度數(shù)學模型對引黃灌區(qū)泥沙調(diào)度問題進行了探討，并結(jié)合簸箕李灌區(qū)，根據(jù)泥沙處理和灌溉方式不同，對三種調(diào)度方案進行了計算，揭示了渠系泥沙淤積及分布特性，經(jīng)比較得知：渠首設立沉沙池，對減少進入渠系泥沙、攔粗排細、減少渠系淤積是有利的，但須解決好沉沙池淤泥的出路問題。

集中輪灌與分散引水方案相比，渠系泥沙淤積量小，輸送至田間的泥沙量多。說明集中輪灌是減少渠系淤積，加大泥沙輸送至田間的有效的引水方式。

通過對簸箕李灌區(qū)所進行的幾種灌溉運行方式的對比計算可見，用此渠系泥沙調(diào)度數(shù)學模型來模擬灌區(qū)水流泥沙的實際運行情況，對灌區(qū)進行科學管理、合理利用處理泥沙以及灌區(qū)設計都是一種相當方便而又可靠的手段。

參考文獻

[1]黃永健，毛繼新。黃河下游灌渠水流泥沙數(shù)學模型。泥沙研究，1997，(3).

[2]蔣如琴，彭潤澤，黃永健等。引黃渠系泥沙利用。黃河水利出版社，1998年5月。