苏 龙

(新疆玛纳斯河流域管理局水利管理中心，新疆 石河子 832000)

玛河是一条多沙河流，泥沙来源于降雨融雪汇流对流域面的侵蚀和水流对河道的冲刷，泥沙的年季变化大，降雨多，强度大，输沙量就大，且含沙量分配集中，7～9月份占80%左右，为大量的悬移质，摩擦力大，造成东岸大渠及玛河下游水库淤积严重。根据多年实测统计，玛河年平均输沙量为295.4万t，输沙率为93.7kg/s，侵蚀模数636t/km2。由于上游新建了肯斯瓦特水利枢纽，蓄水拦截泥沙，枢纽下游泥沙含量已大量减少，但远远不能达到城市景观用水要求，因此此修建了玛河东岸沉砂池工程。进入沉砂池的引水含砂率为1.85kg/m3，淤积物干密度2.73t/m3，出池泥沙泥粒径不大于0.05mm，泥沙沉降率为80%。

1 工程布置

东岸沉砂池工程由沉砂池、侧引渠、沉砂池进水闸、侧引渠进水闸、沉砂池挡水闸、侧引渠挡水闸和放空退水涵洞闸组成。2014年度实施，由石河子城市建设投资有限公司出资建设。其布置为：9km分水闸后布置沉砂池进水闸与侧引渠进水闸，沉砂池进水闸后为沉砂池主体工程，沉砂池左侧布置侧引渠，沉砂池末端布置退水涵洞闸，侧引渠末端与矩形渠末端布置侧引渠挡水闸与沉砂池挡水闸，挡水闸之后接跨玛河渡槽工程。沉砂池工程平面布置图见图1；沉砂池建设完成后现状见图2。

2 沉砂池及其附属工程运行水利要素

水利沉砂池布置形式主要有厢式(条渠型)、排砂漏斗、圆中环沉砂排沙过滤池等。尤其是厢式(条渠型)沉砂池工程布设没有特殊要求，对推移质和悬移质均有很好的沉淀效果，通过诸多类似工程运行实践看，是目前最为广泛、技术成熟的一种沉砂水利设施；排沙漏斗只适合通过离心力冲出推移质泥沙，对悬移质泥沙基本不能排出，或者效果不佳；圆中环沉砂排沙过滤池在呼图壁河青年渠首下游和硕县布次河中型灌区节水改造项目中有引用，有使用效率高，节能，运行费用低等优点，适用于内陆干旱区多泥沙山溪性河流的灌溉引水排沙，但其运行原理还需进一步试验研究，需建立相关的数学水力模型，量化设计参数，才能推广并达到技术成熟。通过分析必选，结合玛河来水实际，按照东岸沉砂池的处理要求、适宜性、工程成本等因素，通过综合分析，得出厢式(条渠型)沉砂池优点明显，适合本工程的建设及运行特点，故选择该建设方案。

图1 沉砂池工程平面布置图

图2 玛纳斯河东岸沉砂池现状图

2.1 沉砂池主体工程

工作段池长430.37m，底宽30.0m，内边坡为1∶2，起始池深6.7m，末端渠深7.15m，设计纵坡i=0.001。设计流量15m3/s，加大流量18m3/s，校核流量40m3/s。按年引水量5000万m3，进入沉砂池水流含砂率1.85kg/m3计算，年淤积池容2.6万m3，年平均淤积厚度为1.8m，设计工作池容7.7万m3，总池容10.3万m3。

2.2 侧引渠

总长0.47337km，渠深1.8m，设计水深1.29m，设计流量5m3/s，V=1.19m/s，设计纵坡i=0.000566，底宽1.0m，内边坡为1∶1.75。

2.3 沉砂池进水闸

向沉砂池引水，同时担负着退水作用。共2孔，每孔净宽4.5m，闸门采用平板钢闸门，尺寸为b×h=4.5m×2.5m，设计水头1.81m，设计流量15m3/s，V=1.53m/s；加大流量18m3/s，V=1.60m/s；校核流量40m3/s，V=1.98m/s。

2.4 侧引渠进水闸

共1孔，闸孔净宽2.5m，闸门采用平板钢闸门，尺寸为b×h=2.5m×3.0m，设计水头2.65m，设计流量5m3/s，V=0.65m/s。

2.5 沉砂池出口挡水闸

共1孔，闸孔净宽5.0m，闸门采用平板钢闸门，尺寸为b×h=5.0m×2.0m，设计流量15m3/s，V=0.10m/s；加大流量18m3/s，V=0.10m/s，设计水头1.77m。

2.6 侧引渠挡水闸

共1孔，宽2.0m，闸墩高3.3m，闸门采用平板钢闸门，尺寸为b×h=2.0m×2.0m，设计流量5m3/s，V=1.19m/s，设计水头1.77m。

2.7 放空退水涵洞闸

设在沉砂池下游中部，具有放空沉砂池便于清淤维修和退水两个功能。闸孔净宽2.0m，高2.0m，长37.65m，涵底纵坡0.00274，闸竖井高8.55m，工作和检修闸门均采用铸铁闸门，尺寸为b×h=2.0m×2.0m，退水涵洞闸设计流量22m3/s，V=5.74m/s，设计水头6.1m。

3 运行规律分析总结

沉砂池采用水力冲砂，机械辅助清淤的工作模式。沉砂池设计出池泥沙粒径不大于0.05mm，泥沙沉降率为80%。最小冲砂流量5.0m3/s，运行采用“一年一清”模式。每年冬闲时期，通过侧引渠引水，放空退水涵洞退泄池内剩余水量，用泥浆泵或挖泥船等措施进行池底清淤。

由于工程水力冲砂主要由退水涵洞闸完成，来水含沙量大，按设计淤积池容及水位计算，死库容水位1.8m，在末端退水涵洞闸前淤积厚度基本达到退水涵洞闸设计孔高2m，只能开启涵洞闸门进行有限的冲砂，而且由于涵洞段较长，可能造成涵洞堵塞，此时只能用泥浆泵将剩余水量排出池外，然后采用机械进行全断面清淤工作，因此，水力冲砂效果及条件并不好，机械清砂将是主要的运作方式。着重从以下三个方面进行论述。

3.1 正常运行工况1

每年4～9月份为玛河灌溉用水高峰期，历时6个月时间，来水泥沙含量大、水浑浊不清澈，按照下游引水渠设计流量15m3/s或加大流量18m3/s进行运行。运行时开启沉砂池进口分水闸及出口挡水闸，关闭进口侧引渠分水闸、侧引渠出口挡水闸及放空退水涵洞闸，侧引渠不引水，放空退水渠道不工作。在正常沉砂引水期末，即9月份，将头年的淤积物运移，为下一年的运行提供充足的库容。

3.2 正常运行工况2

每年的10～次年3月份基本不引灌溉水，扣除冰冻期4个月(每年的11～次年2月份)不运行，历时2个月，此时引水多为地下水，水流清澈，按照侧引渠引水流量5m3/s进行运行，开启进口侧引渠分水闸及出口侧引渠挡水闸，关闭进口沉砂池分水闸及出口沉砂池挡水闸，沉砂池不引水，开启放空退水涵洞闸，将沉砂池所蓄水放空冲淤，再进行清淤工作。

3.3 非常运行工况

在下游水工建筑物发生事故抢修或者检修时，按照调度要求，需要退水时，引水渠按照加大流量18m3/s进行引水，开启放空退水闸，将多余的水通过退水渠退入老河道中。玛河2016年度特大洪水防洪过程中，为了减轻东岸大渠引水压力及下游灌区防洪安全，沉砂池工程运行就采用了此工况，经过2016年汛期的运行，初步检验了工程的实用性及运行效率，兼顾防洪排沙、退水的效益发挥的淋漓尽致。

沉砂池工程按照设计要求基本按以上三种工况进行运行。实际运行时，水管运行单位可以在设计运行工况的基础上灵活进行运用。经过几十年观察总结，东岸大渠运行规律已经非常成熟和完整，从多年运行及观测情况来看，每年的10～次年5月份，东岸大渠引水都非常清澈，只含有少部分悬疑质泥沙，此时经过沉砂池沉沙，水流清澈度变化不大，可以直接从侧引渠引水运行，每年的6～9月来水必须通过沉砂池沉砂再引入下游引水渠道，才能达到景观引水要求。

沉砂池工程直接从东岸大渠9km分水闸引水，受到沉砂池影响，沉砂池进水量与出水量实际不等，目前可行有效的Z-Q、Z-V、Z-A曲线还在观测推算中，水位校核及其他工程实际水利要素需要运行单位通过多年不间断的测验得出，才能总结出一套贴切工程运行实际的工程、供水运行规律。

4 清淤物的清除和利用

沉砂淤积物的利用是工程运行中的现实、重要问题。沉砂池淤积物从上至下多为泥浆，面砂，中粗砂，级配级水洗砂石料，还有部分带入的大块卵石，在清淤过程中，采用机械分层筛分清理。其中的泥浆淤积物为富含营养物质的土壤，单独清理堆放，经过蒸发含水下渗后，可以作为农田、林地、城市景观种植绿化理想的换填土壤；面砂、级配级水洗砂石料是理想的建筑材料，面砂可以直接利用，作为屋面等建筑结构必须的原材料，级配级水洗砂石料甚至比标准化料场生产的级配料更能达到建筑材料的标准要求，均可以带来二次经济效益。剩余大块石可以放入集沙池做为防洪度汛抢险物储备物资，在防洪抢险及堤坝维修中可以作为铅丝笼挑水坝、浆砌石护坡板的理想原材料，其经济、生态及社会效益明显。

5 结语

沉砂池设计作用是将东岸大渠含有大量悬移质来水进行自然沉砂，将干净清澈的水输送到玛河西岸石河子总干渠，同时还可以作为东岸大渠的理想退水通道。沉砂池工程建设完成后，降低了灌区农业灌溉成本，有效的解决了跨河渡槽、石河子市区绿化带、林带的淤积问题，满足石河子市景观河用水要求，使得石河子市整个城市绿化用水的观赏度得到很大改善和提高，对市容市貌改善有举足轻重的作用。通过近两年的运行初步证明，工程运行效益可观，相信工程平稳运行后将有力推动石河子城市绿化建设及下游工农业发展，满足广大市民日益丰富的精神文化需求，可以产生长远的、永久性整体效益。

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