水利工程論文-引黃灌區(qū)水沙綜合利用及渠首治理.doc

水利工程論文-引黃灌區(qū)水沙綜合利用及渠首治理摘要：本文總結(jié)了引黃水沙綜合利用的技術(shù)特點(diǎn)，其中包括淤改、稻改、淤臨淤背、渾水灌溉和建筑材料的轉(zhuǎn)化：指出各種泥沙利用技術(shù)在不同時期的作用是不同的，比如淤改和稻改是60和70年代泥沙利用的重要形式，渾水灌溉則是80和90年代泥沙利用的重要組成部分。渠首地區(qū)一般是受害者，結(jié)合灌區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行渠首綜合治理是十分必要的；本文進(jìn)一步論述了渠首治理的主要內(nèi)容，其中包括淤灌、發(fā)展經(jīng)濟(jì)林、沙化治理等。關(guān)鍵詞：引黃灌區(qū)水沙綜合利用渠首治理淤灌1引言引黃對黃河兩岸的工農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但也走過了曲折坎坷的發(fā)展道路。引黃灌溉近50年來大致經(jīng)歷了初辦(19521957年)、大辦(19581962年)、停灌(19631964年)、復(fù)灌(19651972年)到穩(wěn)固發(fā)展(19731980年)和科學(xué)引黃發(fā)展(1980年以后)等幾個階段。在幾十年的引黃和泥沙處理過程中，在水沙綜合利用方面作了大量的工作，取得了有益的經(jīng)驗(yàn)，如淤改、稻改、淤臨淤背、建材加工和渾水灌溉。2淤改和稻改2.1引黃泥沙的組成及肥效人們從長期的生產(chǎn)實(shí)踐中已逐漸認(rèn)識到，黃河泥沙是一項(xiàng)十分重要的生產(chǎn)資源，汛期洪水具有含沙量高、泥沙細(xì)的特點(diǎn)，而且所挾帶的泥沙具有相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)作物生長養(yǎng)分(如表1)，對農(nóng)作物生長十分有利。放淤集改堿、平整土地、改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力等多種功能于一身，能起到一舉多得的治理效果。通過表2所示放淤前后養(yǎng)分可知13，放淤后的肥效顯著提高，有機(jī)質(zhì)含量和全氮分別比淤前高0.3%和0.03%，速效磷、鉀比黃淮海平原區(qū)分別高47倍和1.41.6倍；鹽分減少，重鹽堿沉沙淤改后全剖面脫鹽率達(dá)50%80%以上，對農(nóng)作物生長十分有利。表1洪水泥沙所含養(yǎng)分Nutrientcontentofsedimentinfloodflow平均粒徑(mm)有機(jī)質(zhì)(%)含氮(%)堿解氮(ppm)速效磷(ppm)速效鉀(ppm)0.01841.070.0132020360河南的人民勝利渠和山東荷澤、德州和濱州等地區(qū)的引黃灌區(qū)先后進(jìn)行了放淤和種稻改土工作。據(jù)統(tǒng)計4，到90年代初期，黃河下游地區(qū)放淤改良土地348萬畝，發(fā)展水稻改地180余萬畝(其中河南省約130萬畝，山東省約50萬畝)。在改變低產(chǎn)鹽堿荒地面貌成為糧棉生產(chǎn)基地的同時，還大大改善了灌區(qū)的土壤環(huán)境、生活環(huán)境和社會環(huán)境，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會效益。表2放淤前后土壤養(yǎng)分Comparisonofsoilnutrientbeforeandafterwarping地區(qū)時期有機(jī)質(zhì)全氮速效氮速效磷速效鉀全鹽脫鹽率(%)(%)(ppm)(ppm)(ppm)(%)(%)胡樓前36.321.03(0.53.0)156(136170)0.120.96灌區(qū)后(64.431.9163.8)9.7(0.728)190.8(155260)劉莊前0.230.580.030.04421.291.92104100.150.225灌區(qū)后0.530.880.060.07439.461.35.313.131502560.0150.0255080人民勝利前0.371.32渠灌區(qū)后0.51.070.0130.3420203600.160.5326732.2放淤工程的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)結(jié)合19881990年水科院在山東鄒平縣胡樓灌區(qū)和濱州簸箕李灌區(qū)渠首附近進(jìn)行的淤改工程，文獻(xiàn)3系統(tǒng)論述了放淤技術(shù)。王延貴等。簸箕李灌區(qū)渠首趙坊村淤改試點(diǎn)總結(jié)及簸箕李灌區(qū)渠首堆沙規(guī)則（油?。?991.1在整個放淤過程的規(guī)劃設(shè)計和實(shí)施過程中，主要考慮以下三個方面：淤改可能性及渠道淤積少；淤區(qū)是否能滿足“平厚勻”的放淤要求；放淤工程投資及用工是否較少。為此從放淤工程的論證到結(jié)束，以上述原則為準(zhǔn)繩，結(jié)合淤區(qū)的實(shí)際情況，根據(jù)水沙運(yùn)動基本規(guī)律，采用一些新的放淤技術(shù)和放淤措施。其中包括：大流量集中自流放淤、抓住放淤關(guān)鍵時期、采用活動底板排水口、先動灌后靜灌及回灌、采用多口進(jìn)退法放淤、放淤結(jié)束于低含沙量期間、因地制宜就地取材、修筑導(dǎo)流堤等。2.3稻改及技術(shù)在引黃灌區(qū)的上游地區(qū)(比如人民勝利渠2)，為了改良鹽堿地，從50年代開始試驗(yàn)種水稻并獲得成功，積累了稻改的寶貴經(jīng)驗(yàn)。隨著稻改工作的不斷發(fā)展，近期很多灌區(qū)直接用渾水進(jìn)行稻改，以水沙利用和土地改良為雙向目標(biāo)，這樣既改良了低產(chǎn)鹽堿地，又利用了泥沙資源，提高了土地肥效。如山東鄒平渠道稻改2500畝，其直接經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，稻改后土地產(chǎn)量由原來的250kg/畝增至800kg/畝，有的甚至達(dá)到噸糧田。中國水科院泥沙所等，山東鄒平胡樓灌區(qū)渠首稻改工程的設(shè)計與總結(jié)，1989.灌區(qū)上游利用水沙資源改土增收、下游利用稻田退水灌溉的模式對處理泥沙來講是非常有利的。水稻生長期貫穿整個汛期，據(jù)調(diào)查引黃灌溉的含沙量一般在2040kg/m3，畝毛灌水量在10001500m3，引沙量約3045t，稻田每年要抬升4cm。結(jié)合種稻改土和水沙資源綜合利用的原則，在稻改過程中需要注意以下幾個主要技術(shù)問題：(1)鹽堿地淤灌稻改要有統(tǒng)盤規(guī)劃。需要考慮水源、排水和當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生產(chǎn)力發(fā)展等條件。要連片種植，水旱接壤處，要有截滲設(shè)施。(2)稻改引水要設(shè)置專門控制閘門。高水位時自流引水，低水位時提水灌溉，即高閘高引，底閘提水的方式。(3)支斗渠砌襯、斷面合理設(shè)計。通過渠道襯砌減小糙率及斷面合理設(shè)計(如斷面為梯形，邊坡11，寬深比合理)以提高支斗渠的輸沙能力，減少淤積。(4)加強(qiáng)管理、采用輪流集中灌溉。通過從上到下或從下至上逐片輪流集中灌溉的方式，可以提高支斗渠的輸沙能力，但需專人負(fù)責(zé)，加強(qiáng)管理。(5)渠系合理布置。稻田以田字形狀合理分割開來，每一口字片過大不利于耕種、灌溉和輸沙；過小田埂占地多、不利于管理。劃分稻田和布局灌溉渠系以盡可能減少渠道條數(shù)為準(zhǔn)則。(6)加強(qiáng)截滲排水。在稻改區(qū)周圍開挖截滲溝，做到排水暢通以免產(chǎn)生澇災(zāi)和其它非稻區(qū)的次生鹽堿化；嚴(yán)防渾水排入排水溝，若排水溝淤積應(yīng)及時清淤。(7)排水的綜合利用。稻改區(qū)的用水是有限的，稻田退水有計劃地用于下游地區(qū)的灌溉或補(bǔ)源。(8)節(jié)水種稻。節(jié)水種稻主要包括節(jié)水灌溉(如水稻用水隨旱作物每年只施放幾次關(guān)鍵水，集中灌溉)和新播栽技術(shù)(如旱播栽的濕潤灌溉技術(shù)，節(jié)約用水)。山東省美家堡灌區(qū)80年代進(jìn)行了水稻節(jié)水灌溉和優(yōu)化配水的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明稻區(qū)年用水量可從黃河下游稻區(qū)年平均用水量10001500m3/畝大大減至毛用水量660m3/畝(節(jié)水灌溉)和凈用水量僅為316.5m3/畝(濕潤灌溉)，進(jìn)一步說明種稻節(jié)水潛力是非常大的。(9)井渠結(jié)合灌溉。為了提高水源保證率，增強(qiáng)對地下水的調(diào)控能力，在淤灌稻改區(qū)只要地下水屬于淡水或微咸水，應(yīng)當(dāng)推行井渠結(jié)合及地表水和地下水聯(lián)合運(yùn)用的灌溉方式。3渾水灌溉引沙入田3.1渠系渾水灌溉80年代以來，由于引黃灌區(qū)受沉沙條件的限制及對水沙資源認(rèn)識的提高等因素的變化，黃河下游引黃灌區(qū)出現(xiàn)了渾水灌溉(河南渾水明渠自流灌溉和山東渾水管道灌溉)的模式。尤其是河南省部分灌區(qū)，充分利用其地形比降較大的有利條件(比降一般大于1/5000)，直接將泥沙輸送到田間的渾水灌溉方法(如河南的祥符朱灌區(qū))，為有效地解決引黃灌區(qū)的泥沙問題開拓了一條新的途徑。河南省人民勝利渠灌區(qū)于1988年由過去的渠首集中沉沙改為渾水灌溉后，渠首沙化大為減輕，而且泥沙進(jìn)入田間的比例大大提高。渾水灌溉輸沙入田應(yīng)具備一些必要條件，如在上游需建設(shè)沉沙池用以集中處理部分粒徑0.05mm以上的粗顆粒泥沙；灌區(qū)渠道具有一定的輸沙能力(大的渠道比降、優(yōu)佳的斷面和渠道襯砌等)；先進(jìn)的灌溉管理，使渠道處于設(shè)計條件下的良性運(yùn)行(過渠流量不應(yīng)低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的80%)，避開沙峰引水，盡量減少引水的含沙量等。3.2管道渾水灌溉由于管灌具有多方面的優(yōu)越性，80年代后期把低壓管道灌溉技術(shù)引入引黃灌區(qū)，作為分散管灌處理泥沙(輸沙入田改良土壤)、節(jié)水的具體工程措施。山東陳垓灌區(qū)于1988年至1992把溝引提灌管灌推廣了3.75萬畝，以及中國水科院和鄒平縣水利局1989年在胡樓灌區(qū)輸沙渠一側(cè)進(jìn)行渾水管道灌溉試驗(yàn)300畝，都取得了很好的效果和經(jīng)驗(yàn)。山東省水科院等于1991年至1993年在位山灌區(qū)西輸沙渠西側(cè)(沉沙池以上)興建渾水管灌試區(qū)1200畝，最大輸沙距離為2090m，設(shè)計輸水含沙量10.58kg/m3，直接輸送不經(jīng)沉沙的渾水入田灌溉取得成功。由于管灌工程目前投資較大，還沒能得到大面積的推廣，但該技術(shù)將節(jié)水、控制地下水位、輸沙入田等結(jié)合為一體，具有多方面的綜合效益。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，渾水管道灌溉將很快成為引黃灌區(qū)分散處理泥沙方式的一項(xiàng)具體措施，具有重要的戰(zhàn)略意義。4淤臨淤背和黃河防洪、灌區(qū)灌溉相結(jié)合4.1淤背圍堤，提高黃河大堤防洪水能力黃河下游段河床一般高出地面35m，兩岸的防洪安全以大堤為屏障，大堤外側(cè)存在著寬百米至數(shù)公里原黃河浸潤帶和背河洼地。目前黃河河床仍以每年約0.1m的速度在不斷升高，堤平均十年左右需要大修加高一次。這就形成了黃河防汛日益嚴(yán)峻的客觀形勢。河務(wù)部門50年代開始淤臨(淤順堤串溝、修堤取土坑塘、洼地等)淤背(背河洼地)，60年代實(shí)驗(yàn)揚(yáng)水沉沙固堤，70年代以來全面開展機(jī)淤固堤；作為全局性的防洪和泥沙利用，8090年代國家投入資金專門進(jìn)行淤鞏相對地下河的研究工作。幾十年來，黃河下游利用泥沙開展了淤背加固大堤的工程建設(shè)，累計淤背長達(dá)708.4km,淤土方4.03億m3。淤臨淤背有效地減少和防止了大堤滲水、翻沙和管涌等險惡情況的發(fā)生，大大提高了黃河大堤的抗御能力，保證黃河下游50年來伏秋大汛安全，取得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。4.2淤背沉沙清水灌溉這種方式是將沉沙池緊靠黃河大堤背后布置，經(jīng)過沉沙的水用于灌區(qū)的農(nóng)田灌溉。如山東早期的小開河、劉春家、道旭等灌區(qū)在某一時段內(nèi)都曾采用過這種方式，特點(diǎn)是不僅處理了泥沙、加固了黃河大堤，又能達(dá)到“清水”灌溉的目的，水沙各得其用，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。實(shí)現(xiàn)淤筑相對地下河和引黃灌區(qū)泥沙處理相結(jié)合將具有重要的雙重戰(zhàn)略意義。5泥沙至建筑材料的轉(zhuǎn)化5.1洪水泥沙至建筑材料的轉(zhuǎn)化通過對山東河南部分灌區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)中國水科院泥沙所。典型灌區(qū)的泥沙及水資源利用對環(huán)境及排水河道的影響，1995.12.，在灌區(qū)渠首建有很多大型鄉(xiāng)辦或村辦磚廠，其原料大都是取用洪水泥沙。其做法是首先規(guī)劃低產(chǎn)田(包括鹽堿地、低洼地)進(jìn)行取土燒磚，次年在附近再重新另辟新地用土，同時引黃河洪水放淤上一年取土坑地，泥沙沉積下來，清水用于農(nóng)田灌溉，淤改后的土地既可以還耕變成豐產(chǎn)田，也可以繼續(xù)用作第三年的取土之源；第三年或另辟新地取土，或用上一年淤地取土，同時繼續(xù)引黃河洪水淤第二年的取土坑地。如此循環(huán)往復(fù)，洪水泥沙轉(zhuǎn)化成建筑材料，既提高人民的生活水平，又達(dá)到處理泥沙、清水灌溉的目的。如山東鄆城的蘇閣灌區(qū)渠首附近就有7個磚廠，河南黑崗口灌區(qū)沿南干渠就有10個磚窯廠。5.2清淤泥沙綜合利用目前引黃灌區(qū)清淤泥沙用于兩個方面，一是建筑材料的轉(zhuǎn)化，即利用清淤泥沙轉(zhuǎn)化為灰沙磚和加氣混凝土；二是農(nóng)用土，有計劃地讓農(nóng)民搬運(yùn)用作宅基或其它，解決農(nóng)民用土難的問題。這兩個方面的目的是逐步吃掉清淤泥沙。沉沙池及條渠泥沙堆積越多、堆積越久，對周圍環(huán)境影響越大，因此最好能把堆積的泥沙吃掉轉(zhuǎn)化為建筑材料。利用清淤泥沙開發(fā)建筑材料主要有三種方式，一是利用沉沙池和骨干渠道清淤出來的較粗泥沙與白灰和其他添加劑等壓制灰磚。二是利用灌區(qū)中下游清淤出來的細(xì)粒泥沙燒制磚瓦，這種方式具有范圍廣、規(guī)模小、群眾自發(fā)的特點(diǎn)。三是用以生產(chǎn)灰沙磚和摻氣水泥，使之成為本地區(qū)建筑材料基地。山東劉莊灌區(qū)在利用黃河泥沙與水泥摻混壓制產(chǎn)品以及東明縣利用引黃泥沙制灰沙磚方面取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。6渠首綜合治理在目前集中處理泥沙的狀況下，一般說來，引黃灌區(qū)的中下游是受益者(引水灌溉使糧食增產(chǎn))；而上游特別是渠首地區(qū)則是受害者，比如渠首次生鹽堿地和沙化地的產(chǎn)生。這一受益不平衡直接影響灌區(qū)效益的正常發(fā)揮，政府和灌區(qū)領(lǐng)導(dǎo)部門對渠首地區(qū)的綜合治理和長期規(guī)劃應(yīng)根據(jù)本灌區(qū)的具特點(diǎn)進(jìn)行研究。以上談及的淤改、稻改、建材轉(zhuǎn)化等都是渠首綜合治理的主要內(nèi)容。另外還有5中國水科院泥沙所等。簸箕李灌區(qū)的泥沙及水資源利用對環(huán)境及排水河道的影響，1995.6.：(1)渠首沙化地的治理：渠首沙化地是影響灌區(qū)效益發(fā)揮的主要矛盾之一。土地沙化治理的具體措施：平整土地，提高抗旱防澇能力，改土增肥；防風(fēng)固沙措施，包括種草固沙，營造防風(fēng)固沙和農(nóng)田防護(hù)林帶。(2)經(jīng)濟(jì)林的開發(fā)和營造防護(hù)林帶相結(jié)合，比如簸箕李渠首已成為濱州地區(qū)有名的果品生產(chǎn)基地，從而提高了渠首群眾的生活水平。(3)因地制宜，開展多種經(jīng)營：利用渠首坑洼鹽堿地多、用水便利的優(yōu)勢，進(jìn)行魚業(yè)養(yǎng)殖。比如簸箕李灌區(qū)，根據(jù)其特點(diǎn)，渠首改造采用了雙管其下的方針，即“挖塘養(yǎng)魚、棄土造地”，取得了很好的經(jīng)驗(yàn)。7結(jié)語1.隨著引黃灌區(qū)工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，灌區(qū)需水量將進(jìn)一步增加，引沙不可避免，泥沙利用是一個不可缺的重要內(nèi)容。由于引黃兩岸灌區(qū)的實(shí)際情況有很大的差異，其泥沙利用的方式也將隨之而變。2.放淤工程雖然對改良鹽堿坑洼地具有顯著的效果，但由于灌區(qū)泥沙處理使得坑洼地所剩無幾，灌區(qū)放淤將受到一定的限制。3.稻改和渾水灌溉既能達(dá)到灌溉用水、改良土壤結(jié)構(gòu)的目的，又能減輕灌區(qū)泥沙處理的負(fù)擔(dān)，起到分散處理泥沙的作用；渾水管道灌溉還具有節(jié)水的效能。這些泥沙利用是灌區(qū)值得進(jìn)一步推廣的。4.目前黃河仍不斷淤高，黃河防洪并不是高枕無憂，兩岸大堤需要加固，淤臨淤背或淤背沉沙是利用黃河泥沙的重要措施。它們兼顧防洪和灌溉兩方面的利益，是值得防洪部門和灌區(qū)相互結(jié)合實(shí)施的。5.對于以挖待沉處理泥沙的灌區(qū)，渠首堆積了大量的清淤泥沙，建筑材料的轉(zhuǎn)化