簸箕李引黃灌區(qū)水沙區(qū)域分布特征
劉麗麗
（簸箕李引黃灌溉管理局，山東惠民 251700）
【摘 要】 本文采用實測資料分析方法，研究簸箕李引黃灌區(qū)水沙區(qū)域分布特征。研究結果表明：簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布均勻，沙量區(qū)域分布并不均勻，水沙區(qū)域分布的不協調性十分突出；灌區(qū)上游泥沙淤積最嚴重，下游泥沙淤積明顯減輕；上游至下游淤積量夏秋灌最大，春灌次之，冬灌最小。懸沙顆粒組成與床沙粒徑自灌區(qū)上游至下游呈細化的規(guī)律；灌區(qū)干支渠以上床沙大都是粒經大于0. 05 mm的沙質土，送至田間的幾乎全都是小于0.04mm的泥類土。
【關鍵詞】 水沙分布；年際變化；年內分配；泥沙淤積；輸水輸沙
中圖分類號：TV93 文章編號：10054774( 2016) 03-0048-04
1 簸箕李引黃灌區(qū)基本情況
簸箕李引黃灌區(qū)運行30余年，為黃河三角洲的發(fā)展發(fā)揮了巨大作用，但是灌區(qū)也存在一些問題，主要是渠道的泥沙淤積問題。灌區(qū)每年平均清淤127. 78萬t，占總引沙量的28. 02%。受渠道沉沙條件的限制，灌區(qū)采用以挖待沉的方式來處理泥沙…。造成的結果是渠道兩側泥沙堆積如山，形成人造沙漠，給灌區(qū)周邊人民群眾生活帶來了很大的破壞，灌區(qū)管理部門高度重視，在渠道泥沙治理方面做了大量工作。
簸箕李灌區(qū)骨干渠道主要由沉沙條渠、總干渠、二干渠、一干渠組成。其中沉沙條渠設有三個不同的比降：0+ 000~5+488為1/5000；5+488~21+500為1/5500：21+250~ 21+869為- 1/670；其目的就是為了多沉沙，減少泥沙向下游輸送。總干渠于1993年進行了全渠段邊坡襯砌，設計流量55 m3／s，設計底寬23m，設計邊坡1：2。二干渠采用地上渠與地下渠相結合的形式，于1990年秋后進行擴建，底寬從10m增至14~ 15m，底坡從1/7000增至1/6000~1/7000。一千渠始建于20世紀50年代末，該渠逆地勢西行并與沙河緊靠并行，全長27km，設計底寬6m，設計水深1.8m，設計邊坡1：1.5，底坡1/7000，設計輸水能力10 m3／s。
2灌區(qū)水沙區(qū)域分布年際變化特征
首先選擇兩個特征量代表簸箕李灌區(qū)水沙區(qū)域分布量，其一為各個渠段分水量，是指從該渠段兩側分走（或引走）的水量，對于下游沒有測站的渠段，比如說一干以下分水量就是指進入一千的全部水量。其二為各個渠段滯沙量，是指停留在該渠段的泥沙量，滯沙量包括兩部分，一部分是通過渠段兩側引水同時引走的沙量，另一部分是淤積在該渠段的泥沙量，同樣對于下游沒有測站的渠段，滯沙量就是指進入該渠段的全部沙量。表1為簸箕李灌區(qū)沿程分水特征，表2為簸箕李灌區(qū)沿程滯沙特征。由下表可見，從多年平均統計情況看，1985-2012年簸箕李灌區(qū)水沙區(qū)域分布特征如下：a簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布比較均勻。灌區(qū)各個渠段分水量所占總引水量的比例差距不大，說明水量區(qū)域分布比較均勻，以此可基本反映出兩個問題，一是整個灌區(qū)面上需水情況基本均勻，二是灌區(qū)整個渠道系統比較成熟，能夠將引進來的水量按需求實現整個灌區(qū)面上的均勻分布。b簸箕李灌區(qū)水量、沙量區(qū)域分布的不協調性。與灌區(qū)水量區(qū)域分布比較均勻的情況相反，簸箕李灌區(qū)各渠段的滯沙量表現出明顯的不均勻性，沉沙條渠年均分水比例僅為16. 67%，滯沙比例卻高達27. 59%，總干渠年均分水比例僅為12. 09%，滯沙比例卻高達16. 82%。因為灌區(qū)上游滯沙量較大，灌區(qū)下游相對滯沙量較小，比如二干白楊段以下年均分水比例為30. 58%，滯沙比例卻僅為21. 5%，所以灌區(qū)沙量區(qū)域分布的特征是上游尤其是灌區(qū)進口條渠段滯沙量較大，下游滯沙量較少，區(qū)域分布并不均勻，與水量區(qū)域分布較均勻對比，水沙區(qū)域分布的不協調性十分突出。
3 灌區(qū)水沙區(qū)域分布年內分配特征
圖1為簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布年內分配特征圖，由圖可見，簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布年內分配特征為：多年平均情況下，灌區(qū)渠道春灌分水量占全年分水量的比例自渠道上游至下游呈逐漸減少的趨勢，與此相應，夏秋灌和冬灌分水量占全年分水量的比例自渠道上游至下游呈逐漸增大的趨勢。灌區(qū)上游沉沙條渠春灌分水量占全年分水量的比例為69.19%，自上而下逐漸減少，至下游二干白楊段以下，春灌分水量占全年分水量的比例減少至47. 59%，與此相應，灌區(qū)上游沉沙條渠夏秋灌和冬灌分水量占全年分水量的比例為30. 81%，自上而下逐漸增加，至下游二干白楊段以下，夏秋灌和冬灌分水量占全年分水量的比例增加至52. 41%。造成這種現象的主要原因是在大量需水的春灌期，引水量難于滿足下游特別是無棣縣的灌溉生產用水要求，灌區(qū)下游不得不采取加大汛期灌溉引水和加大冬季引水蓄水的措施，以緩解春季生產供水的相對不足，所以，簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布存在著上游用水超量，下游用水不足的不平衡矛盾。出現這一矛盾的原因包括兩方面：一是在灌區(qū)位置方面，上游用水優(yōu)先于下游；二是在灌溉方式方面，灌區(qū)上游為自流灌溉，用水難于管理和控制，用水較多，下游為提水灌溉，用水易于管理和控制，用水比較節(jié)省。
圖2為簸箕李灌區(qū)沙量區(qū)域分布年內分配特征圖，由圖可見，簸箕李灌區(qū)沙量區(qū)域分布年內分配特征為：多年平均情況下，灌區(qū)上游沉沙條渠春灌滯沙比例大于夏秋灌滯沙比例，自總干向下，夏秋灌滯沙比例大于春灌滯沙比例，而且越往渠道下游，夏秋灌滯沙比例越大，春灌滯沙比例越小。灌區(qū)區(qū)域滯沙比例的數據能充分反映出上述特征，沉沙條渠春灌滯沙比例為46. 34%，大于夏秋灌滯沙比例42. 6%，總干春灌滯沙比例為44. 12%，小于夏秋灌滯沙比例48. 75%，自總干往下至二干的白楊段以下，春灌滯沙比例減少為37. 28%，而夏秋灌滯沙比例增大為51. 06%。灌區(qū)沙量區(qū)域分布年內分配形成上述特征的主要原因是，春灌期間灌區(qū)引水流量相對較小，盡管含沙量不高，但泥沙滯留于灌區(qū)上游的比例較大，而夏秋灌期間，盡管引水含沙量較高，但由于引水流量較大，輸送至灌區(qū)渠道下游的泥沙比例明顯大于春灌期間輸送至下游的泥沙比例。
4灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布特征
表3為簸箕李灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布特征表，由表3可見，1985-2012年，簸箕李灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布的主要特征是：上游進口段淤積最嚴重，下游淤積明顯減輕。具體表現為：位于灌區(qū)上游進口段的沉沙條渠淤積較為嚴重，淤積比高達15. 15%；之后的總干渠段、二干沙陳段淤積明顯減輕，淤積比分別為3. 79%、2.61%；進入二干陳白段，淤積又略有加重，淤積比為3.42%；二干白楊段以下淤積又有所加重，淤積比為4. 18%：一干淤積相對較輕，淤積比為3.69%。沉沙條渠淤積嚴重一方面是沉沙條渠正常功能的發(fā)揮，另一方面也反映出在灌區(qū)進口段，由于引水流量相對于黃河流量大幅度減小，灌區(qū)進口段水流挾沙力大幅度減小，而引入的黃河水流含沙量又較高，大部分粗顆粒泥沙由于渠道水流難以挾帶而淤積于沉沙條渠，水流流出條渠后，由于泥沙的大量淤積，進入總于以后的水流含沙量相對較低，淤積必然大大減輕。由于總干渠段、二干沙陳段不僅進口水沙條件好，而且由于實施了渠道改建、襯砌等工程措施，該段渠道邊界條件相對較好，水流挾沙力較大，所以淤積最輕，進入二干陳白段以下渠段，盡管進口水沙條件好，但由于邊界條件相對較差，水流挾沙力較低，所以淤積又有所加重，尤其是二干白楊段以下渠段，縱比降僅為1/10000，淤積相對較重。一干比二干淤積相對較輕的主要原因是一千的引水任務明顯低于二干，引沙量也就大大少于二干引沙量，在渠道水流挾沙力差別不大的情況下，淤積必然較少。
表4為簸箕李灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布年內分配特征表，由表4可見，1985 -2012年，簸箕李灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布的年內分配的主要特征表現為：a從淤積量上分析，灌區(qū)渠道上游至下游淤積量年內分配的特征均為夏秋灌最大，春灌次之，冬灌最小，因為渠道夏秋灌引沙最多，春灌次之，冬灌最小，上述淤積量年內分配特征遵循渠道多來多淤的基本規(guī)律；b從年內分配比上分析，灌區(qū)上游沉沙條渠段夏秋灌略大于春灌，至總干段夏秋灌有所增大，春灌有所減少，二干沙陳段又恢復至夏秋灌略大于春灌，二干陳白段夏秋灌有所增大，春灌有所減少，反映出渠道淤積年內分配的沿程調整作用。冬灌年內分配比呈沿程減少的趨勢，由沉沙條渠段15. 2%，降低至二干陳白段4.7%；c從淤積比上分析，灌區(qū)上游渠道冬灌淤積最嚴重，夏秋灌次之，春灌最小，至灌區(qū)下游渠道各引水季節(jié)淤積比數值大幅度減小，且差距越來越小，反映出經過沿程沖淤調整，至灌區(qū)下游，各引水季節(jié)的水沙條件逐漸相近，淤積程度基本相當。
5灌區(qū)泥沙粒徑區(qū)域分布特征
簸箕李灌區(qū)懸沙組成的區(qū)域分布與渠道的沖淤特性密切相關。由于渠道在不同的水沙條件與邊界條件的作用下，有時沖刷，有時淤積。渠道淤積時，含沙量自渠道上游至渠道下游沿程降低，懸沙顆粒組成變細；渠道沖刷時，含沙量自渠道上游至渠道下游沿程增加，懸沙顆粒組成變粗。由分析實測資料可知，就多年平均情況而言，簸箕李灌區(qū)渠道自上而下，均表現為淤積狀態(tài)，只是淤積程度差距較大，所以，大多數時間，簸箕李灌區(qū)懸沙顆粒組成表現出自渠道上游至渠道下游呈逐漸細化的規(guī)律。與懸沙組成的區(qū)域分布類似，簸箕李灌區(qū)床沙粒徑區(qū)域分布特征也與渠道的沖淤特性相聯系。表5為簸箕李灌區(qū)床沙中值粒徑區(qū)域分布特征表，由表5可見，簸箕李灌區(qū)床沙中值粒徑沿渠道明顯由大變小，同樣表現出沿渠道自上而下逐漸細化的規(guī)律。由表5還可看出，簸箕李灌區(qū)干支渠以上床沙大都是粒經大于0. 05 mm的沙質土，送至田間的幾乎全都是小于0. 04 mm的泥類土。通過分析簸箕李灌區(qū)床沙粒配曲線得出，簸箕李灌區(qū)床沙占粒徑比重絕大部分的曲線中間段較陡，占粒徑比重微小的曲線首尾段較平直，反映出灌區(qū)床沙顆粒小于某一粒徑和大于某一粒徑的比重較小，集中分布在這兩個粒徑之間的較窄范圍內。
6主要結論
a．簸箕李灌區(qū)水量區(qū)域分布比較均勻，沙量區(qū)域分布并不均勻，水沙區(qū)域分布的不協調性十分突出。灌區(qū)春灌分水量占全年分水量的比例自渠道上游至下游呈逐漸減少的趨勢，與此相應，夏秋灌和冬灌分水量占全年分水量的比例自渠道上游至下游呈逐漸增大的趨勢。灌區(qū)上游沉沙條渠春灌滯沙比例大于夏秋灌滯沙比例，自總干往下，夏秋灌滯沙比例大于春灌滯沙比例，而且越往渠道下游，夏秋灌滯沙比例越大，春灌滯沙比例越小。
b．簸箕李灌區(qū)泥沙淤積區(qū)域分布年際變化特征是上游淤積最嚴重，下游淤積明顯減輕。年內分配特征為：從淤積量上看，灌區(qū)上游至下游夏秋灌最大，春灌次之，冬灌最��；從年內分配比上看，灌區(qū)上游沉沙條渠段夏秋灌略大于春灌，至總干段夏秋灌有所增大，春灌有所減少，二干渠夏秋灌有所增大，春灌有所減少；從淤積比上看，灌區(qū)上游冬灌淤積最嚴重，夏秋灌次之，春灌最小，至灌區(qū)下游各引水季節(jié)淤積比大幅度減小。
c．簸箕李灌區(qū)泥沙組成的區(qū)域分布與渠道的沖淤特性密切相關。就多年平均情況而言，簸箕李灌區(qū)自上而下，均表現為淤積狀態(tài)，所以，大多數時間，簸箕李灌區(qū)懸沙顆粒組成表現出自渠道上游至渠道下游呈逐漸細化的規(guī)律。與懸沙組成的區(qū)域分布類似，簸箕李灌區(qū)床沙粒徑區(qū)域分布同樣表現出沿渠道自上而下逐漸細化的規(guī)律。簸箕李灌區(qū)干支渠以上床沙大都是粒徑大于0. 05 mm的沙質土，送至田間的幾乎全都是小于0. 04 mm的泥類土。
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