灌溉渠道中的泥沙控制

5 灌溉渠道中的泥沙控制
5．1 前 言
泥沙输送及其控制对灌溉系统设计人员来说一直是个难题。河水携带的泥沙会使非衬砌渠道淤积。从下面的例子我们就可以知道泥沙量有多大。
苏特里杰(Sutlej)河每年输沙3 500万t；印度河年均径流量93x106acre·h，每年在塔贝拉的输沙总量达44 000万¨吉拉姆河年输沙量7000万t。喀布尔河的瓦萨克(Warsak)水库建厂1960年，初期有效库容为23 000acre·ft，而在最初10年中这一库容锐减到只剩10 000acre‘fL。塔贝拉(Tarbela)水库1975年建成时有效库容为930万acre·ft，50年后减至100万acre．ft。同期曼格拉水库有效库容减少了30％。中国的黄河因含沙量高，河水呈黄色而得名，其含沙量高达61lb／ft3。
吉拉姆河和印度河卜的曼格拉大坝和塔贝拉大坝的分别修建，减少了河流的含沙量，但在很大程度卜仍然存在泥沙淤积问题。在切纳布河的马拉拉分水闸处分流的马拉拉拉维河连接渠淤积深度高达9ft(最大)，而其上游河段总设计深度才14．5ft。
与此相反，尼罗河上的阿斯旺大坝下游渠道则出现了冲刷问题。阿斯旺大坝形成的湖阻止泥沙流向下游，使下游农民从灌溉水中再也得不到肥沃的土地，并对大坝下游的水工建筑物基础造成了严重冲刷。
泥沙控制包括阻止多余泥沙进入渠道和把进入渠道的部分泥沙排出，这要在渠首几百英尺内完成。遗留在渠道中的泥沙应该均匀分布，以使每个灌溉分水口得到同等比例的泥沙。这项工作具有很大的挑战性，可通过对主渠、支渠渠首工程和向农田输水的分水口的正确设计来实现。泥沙控制问题在非衬砌渠道中非常复杂，但对允许高速过水的衬砌段却是相当简单。
本章将探讨几种不同的渠道排沙方法及泥沙分布方式，以使进入渠道的泥沙流人田地，增加土壤肥力，日前有4种方法。
(1)布置渠首工程，以尽可能多地从主渠排沙；
(2)进行排沙布置，排除进入主渠的泥沙，或将泥沙适当排人支渠；
(3)设计一条不冲不淤的非衬砌渠道，换句话说就是确保进入渠道的泥沙能流进农田；
(4)设计分水口，以便能带走均等份额的泥沙。
第四章已详细叙述了第三种方法，下面将详细讨论第一种和第二种方法，第四种方法将在分水口一章中论述。

5.2.1 隔水靖和沉沙池
如第三章中所述，与渠首调节闸平行的隔水墙在渠道进口前形成—个沉抄池，此处水流速降低，泥沙沉积到河床上。此措施是肯尼迪于1904年首次提出的，当时由于锡尔欣德(Sir}find)河大量泥沙淤积，调节闸几乎堵塞。肯尼迪提出：“渠道搏沙的惟一途径是堵水成池，把所有多余泥沙沉积到河床上，然后在静水中将沙排出。为此最有效的方法是抬高河流水位，远离挡水堰进行调节。”
他建议使用隔水墙和冲沙闸清除沉积泥沙。可采用下面两种方法之—进行河流调节。
(1)沉沙池调节。水流进人渠道后关闭冲沙闸。通过运行标准坝段闸门使沉沙池保持必需的水位，这时关闭渠道调节闸，开启冲沙闸，冲走沉积在沉沙池中的泥沙。英格里斯指出对一个笔直的引水渠来说，泥沙分布根据隔水墙两侧水的流速比率分布。进入沉沙池的泥沙量与vb／Yp成反比，其中Vb为在标准堰段水的行近流速，VD为沉沙池中的流速。在冲沙闸完全且刚好能抽取足够的水补给渠道时，vo值最小。阿麦德也指出打开隔水墙附近的闸门，井使用楔形闸门调节可以进一步增加Vb／V。的值。沉沙池调节的优点是进入渠道的泥沙相对较少，但是重复关闭渠道清理泥沙，并非总是可行的。
(2)半开流量调节。在这个系统中不需要间歇性地开启冲沙闸，且保持部分开启状态。其排沙力，面不如沉抄池调节有效，但具有无不需关闭调节闸的优点。
(3)隔水墙和静水池长度及其他尺寸。根据英格里斯的观点，隔水墙不应超过上游调节闸。他推荐隔水墙应从拦河闸伸至距调节闸距离的2／3处，渠首闸门2／3处。
通过模型研究可确定沉沙池的最佳宽度，但总的来说，横断面必须足够宽以满足渠道和冲沙闸的过水要求，并能在最低流量时保持泄流速度。如第三章所述，底部冲沙闸的长度和堰顶高程应能下泄最大拱水的15％。如Kalabagh拦河闸，其泄水部分的长度和堰顶布置就能用于施工期导流。稍稍朝向冲沙闸收缩的沉沙池比宜的有利，因为这有助于冲刷。推荐收缩比不大于1：10。
建议渠首调节闸堰顶位于1／3水深处。但是拉哈尔灌溉研究所对科特里(Kotri)拦河闸进行的试验表明排抄最高效率的d／D随Vb／Vn变化。当Vh／Vn=2．10时，d／D约为0．42，Vb／Vp=1．25时，d／D约为0．15。
5.2.2 导流墙
美国垦务局在流速和泥沙流量均卜下波动的小河道渠首调节闸前面成功使用了曲线导流墙排沙。图5-2所示的堪萨斯州所罗门河南岔流上的伍德斯通引水坝就是采用曲线