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引黃灌區泥沙問題及其資源化利用

時間:2019-12-12 來源:價值工程 作者:許生原 本文字數:5945字

  摘    要: 黃河屬于國內最重要的一條河流,針對灌溉有十分關鍵的作用。但黃河水內有較大的含沙量,令引黃灌區于引水的基礎上必定會引入大量泥沙。針對黃河下游的引黃灌區而言,通過近幾年的發展,引黃除淤以后大都變成了良田,能沉沙的洼地極少。在泥沙處理過程引起了諸多問題,包含生態系統惡化、堆沙區耗盡等,針對泥沙的處理使用已變成引黃灌溉行業發展的關鍵影響因素。文章重點介紹了引黃灌區泥沙資源應用情況,并闡述了引黃灌區泥沙資源使用時值得注意的事項。

  關鍵詞: 引黃灌區; 泥沙資源; 應用分析;

  Abstract: The Yellow River is one of the most important rivers in China and plays a key role in irrigation. However, there is a large sediment concentration in the Yellow River water, which will inevitably introduce a large amount of sediment in water diversion. In view of the Yellow River Irrigation District in the lower Yellow River, through the development in recent years, most of the yellowings have become fertile after the dewatering of the Yellow River, and there are very few shoals that can sink sand. The sediment treatment process has caused many problems, including the deterioration of the ecosystem and the exhaustion of the sand-sanding area. The treatment of sediment has become a key factor affecting the development of the irrigation industry. The article focuses on the application of sediment resources in the Yellow River Irrigation District and describes the matters worthy of attention when using sediment resources in the Yellow River Irrigation District.

  Keyword: Yellow River irrigation area; sediment resources; application analysis;

  0、 引言

  中國屬于農業大國,對于農業經濟建設,引水灌溉屬于十分關鍵的操作形式。黃河是國內最重要的一條河流,引黃灌溉也屬于灌區農業經濟建設十分關鍵的形式。但黃河水含沙量較多,在引黃灌溉階段無法規避的引入諸多泥沙,導致泥沙問題十分嚴重。但就像任何事物那樣,泥沙也存在兩面性。經過科學使用泥沙資源,不僅可以持續改善引黃灌區的生態系統,還對灌區的經濟建設帶來顯著效果。因此,針對引黃灌區泥沙資源應用進行探究,對于不斷推進引黃灌區經濟建設具有十分現實的作用及意義。

  1、 引黃灌區泥沙的影響

  黃河是多泥沙河流,引黃灌區在引水的基礎上將諸多泥沙帶進灌區的灌排系統,嚴重威脅到引黃灌區灌溉工程的運作及管理,甚至加快引黃灌區的生態自然惡化。從一定意義上說,泥沙問題的解決關系著引黃灌區的長遠發展。渠道處于灌溉系統的關鍵位置,其輸水輸沙性能的高低直接影響著灌區可否正常運轉。引黃灌區引水階段泥沙的反復淤積直接縮小了渠道過水斷面,導致渠道輸水性能降低。渠道輸水性能的降低將導致輸沙能力的變化,雖然針對部分特定條件下,因輸水性能的降低造成輸沙能力的變化比較繁瑣,但從整體上來說,渠道過流水平下降必定造成輸沙率削減,從而加快渠道阻塞,若不立即清理,會阻礙灌溉工程的順利運行。當泥沙于渠系內大量淤積且可能會影響灌溉結構,渠系就應當進行清淤。因為清除的淤沙絕大多數狀況下沿著渠道兩邊堆放,伴隨泥沙的持續積累,泥沙會越來越多,這樣不僅加大了清淤的困難性,而且伴隨風雨進到渠道的泥沙量也表現出逐漸增加的態勢。此外,因為清淤的泥沙無法無限制的堆高,只能逐步侵占渠道兩邊的土地資源,其直接造成渠系兩邊土地的急劇沙化。引黃灌區的清淤堆沙于渠道兩邊產生面積很大的人造沙漠,對附近的生態自然造成了嚴重危害。不僅表現為降雨引起的水沙流失,渠道兩邊的堆沙容易受到雨水的侵蝕,造成渠道反復性淤積或者引起良田沙化。
 

引黃灌區泥沙問題及其資源化利用
 

  2、 引黃灌區泥沙資源應用的對策

  引黃灌區泥沙應用模式很多,比如放淤改善土壤、淤臨淤背加固等等,經過充分使用泥沙資源,可以產生顯著的社會效益及經濟效益。但就當前情況來說,針對泥沙資源的了解比較單一,未深入探究泥沙資源的供需關系,缺乏促進泥沙資源化所要的技術條件及手段,在一定程度上限制著灌區的長遠發展。

  2.1、 放淤改善土壤

  黃河下游灌區渠道兩邊有很大范圍的背河洼地,原來經常受到諸多自然災害的影響,比如病蟲、風沙等。但采取引黃灌溉以后,在該地區實行了很大引黃淤改,促使原來的澇洼鹽堿地獲得明顯改善。但伴隨時間的推移,部分灌區渠首附近洼地已被用完,渠首自流沉沙已非后期泥沙處置的重要形式,放淤改善土壤應當從渠道下游著手。

  2.2、 淤臨淤背穩固堤壩

  黃河下游河床比地表高一些,而且堤壩的外部有幾百上千米寬的背河洼地,因此需要定時增高與加固堤壩。相關管理部門可以借助引黃泥沙資源來加固堤壩,該方式不僅可以更好加固黃河堤壩,而且還科學的處理了常年清淤的諸多泥沙。據有關資料統計得知,直到2017年堆積的淤背已長達1328千米。經過近幾十年黃河洪水與其他影響要素的考驗得知,淤臨淤背項目具備顯著效果,而且還利用了灌區渠系內泥沙,對渠道的正常輸水十分有利。

  2.3 、泥沙綜合應用方式

  黃河是含沙量很多的河流,引黃需要引沙。引黃灌區治理泥沙最關鍵的途徑為:(1)在灌區上游修建輸沉沙區,將大量顆粒較粗的泥沙沉淀于這一區域;(2)遠距離運沙,選取渾水入田模式將泥沙帶入田間。隨著引黃灌溉區的不斷發展,渠道兩側適合建造沉沙池的低洼鹽堿地基本上都用盡,并且通過治理和農田基本建設,已變成中、高產良田,失去了自流沉沙的重要條件。有些灌區選用“以挖代沉”集中治理泥沙,將輸沙渠和沉沙池淤沙聚集在兩側,隨著清淤量逐漸增多,清淤工作越來越困難,占用耕地不斷擴大,引起了嚴重的沙化且在不斷擴大。泥沙治理導致渠首沙化、堆沙面積殆盡、生態系統惡化、棄水棄沙造成的河道淤積現象日益嚴重,引黃泥沙成為引黃灌溉行業發展的關鍵限制因素。

  對于上述情況,通過研究和探析黃河下游的灌區泥沙情況,分析引黃灌區泥沙使用與科學分配,找到合理應用泥沙的途徑,改善引黃泥沙現狀,使引黃灌區基于興利且不破壞生態,遵循可持續發展道路,對保證引黃灌溉行業的穩定發展有非常明顯的作用。

  2.4 、泥沙處理與應用方式

  通過實地調查,引黃灌區域泥沙治理與應用方式包含沉沙池沉沙、放淤應用、運沙到田、機淤固堤、建材生產與農業用土等多種方式。

  2.4.1、 沉沙池沉沙

  主要包括根據淤改自流沉沙、根據淤背沉沙、多級劃分沉沙、遠程運輸統一沉沙、自流沉沙用挖待沉、揚水沉沙諸種方式。而自流沉沙、用挖待沉屬于傳統的形式,是當前大部分灌區治理來沙的重要途徑。通過沉沙池實現統一沉沙屬于黃河下游引黃灌區治理泥沙的一種重要成功經驗,如今依舊是引黃泥沙治理的重要方式之一。不管是自流灌區、提水灌區或者補源灌溉,均應當先把引入的一些泥沙,特別是顆粒很粗的泥沙經過沉沙池統一淤沉下來,由此確保各級渠道的順利運轉。

  引黃灌區沉沙池由平面形式能分成湖泊型、條帶形以及梭形等多種形式。通過長時間對沉沙池應用的成功經驗、觀測實驗以及理論研究分析顯示,湖泊型沉沙池因水流進到池口后突然分散,流速突然變減,導致泥沙都沉積在沉沙池上游段的入水口處,這樣極大限制著正常引水,沉沙池有用容積無法獲得充分使用。通常由池內流出的水基本變清,不滿足沉沙池阻粗排細的應用原則,不益于使用泥沙完善洼堿荒地,而且由池內流出的清水還將造成渠道沖擊。帶形條渠沉沙池,因為在池子入口后的不遠位置斷面突然加寬,上段落淤較多,在其下部落淤較少,導致沉沙池的首尾位置落淤量差別達到3-4倍。但是梭形條渠式沉沙池,因其斷面從入口位置開始加寬,隨后再不斷收縮,水流從急慢慢變緩,然后慢慢增速,泥沙在沿程可以較為均勻的沉降,首尾位置的落淤厚度差只有40%左右。在3種沉沙池方式中,效果最佳的時梭形條渠式沉沙池,其次是帶形條渠式。根據淤改自流沉沙,根據淤背沉沙兩類形式科學使用了沉沙池內的淤沙,由害為利。多級化散沉沙,遠程運輸集中沉沙等途徑降低了渠首沉沙的負擔。揚水沉沙屬于近些年新興的形式,經揚水沉沙,既能夠拉沙沖刷沉沙池進口前的輸沙渠;而且,進到沉沙池水流經揚水設備提高,避免了沉沙池口引水受阻的問題,令過沉沙池水流盡可能運輸沉沙池內后方,有助于延伸沉沙池應用期限。

  自然沉沙大都用在低洼地與土壤不好的區域,該種沉沙形式用工少,操作簡單,然而占地多。按照地形條件與需沉沙總量確定范圍,筑一圍堤就能使用,沉沙池進口通常不做項目,出口要設置攔沙閘,確保泥沙淤積大小。位山灌區東西側沉沙區于1983年以前,均是自然沉沙形式。

  用挖待沉指在沉沙區天然沉沙淤平喪失沉沙作用后,接著通過人工和機械清淤建田,通常高出地表7米左右,建設人造高地。該種沉沙形式占地少,可是用工多。用挖待沉形式位山灌區出現在1983年,因為沉沙區兩邊低洼地通過本地群眾出理,己變成豐產田,新占田地非常困難,為削減占用土地,合理使用沉沙空間,安裝沉沙計劃,有目的地對沉沙池實現以挖待沉,起到一定的沉沙效果。

  2.4.2、 灌區除淤

  引黃灌區除淤,在當前是關鍵的泥沙治理途徑。其包含沉沙池的用挖待沉、灌溉渠系與排水河道的除淤等。除淤方式包含人工、機械以及水力挖泥等。

  2.4.3 、放淤應用

  經引黃淤改、稻改,采用了諸多泥沙,很多灌區渠首周邊的洼地已變成穩產高產基礎耕地。

  2.4.4、 渾水灌溉,運沙到田

  渾水灌溉屬于相對于通過沉沙池沉淀很粗顆粒泥沙后,把細顆粒泥沙送往到田的另一種形式,指含沙水流通過沉沙池流程通過輸水渠道進到田間。其最明顯的特征是把引入泥沙的治理應用從點轉變成面,擴展了泥沙應用領域,削減渠道淤積。沉淀泥沙的理想狀態為,進到輸沙渠的泥沙盡量少集中在渠首,而朝灌區中、下游與分支渠道運送,讓絕大多數泥沙(60%-70%)進到田間(指渾水灌溉),而且處理的泥沙沿程經科學使用不會出現累積性堆沙。若使這個模式變成現實,從技術方面來說即實現泥沙遠程運輸。要削減輸沙通道的泥沙淤積,除原來行之有效的項目措施外,動力最佳取決于水流本身,即經過增大水面比降,提高流速,增大渠道中水流運送泥沙性能來實現泥沙遠送的目標。提升水流動力的常用技術手段即在渠道恰當位置建設提水泵站揚水進渠與分流。

  要實現泥沙盡量朝田間運送,削減渠道淤積,需對現有項目展開系統分析,根據改擴建、科學調節渠網分布,盡量增加輸水通道縱坡,以取得提升灌溉引水位、削減渠道淤積、節約灌溉費用等一系列成效。

  2.4.5 、機淤固堤

  淤臨是淤順堤串溝,淤背是淤積背河洼地。該方法在加固黃河堤壩的基礎上,又科學應用了年復一年除淤的諸多泥沙。通過長時間黃河洪水研究,驗證淤臨淤背效果效果十分明顯,經濟與社會效益也非常可觀。

  2.4.6 、建材生產,農業用土

  依靠清淤泥沙研制建材包括三種形式:壓制灰磚、燒制磚瓦,加工灰沙磚與摻氣水泥,使其變成當地建材基地。依靠灌區泥沙研制建材,不僅提升了人民生活質量,還治理了泥沙。

  2.4.7、 節水灌溉

  灌溉范圍的節水工藝包含渠道襯砌、低壓管路送水灌溉、噴灌、微灌與田間項目改造和井渠結融合,地表水、地下水結合應用等節水方法,科學節水,削減渠道淤塞。在渠道滲水時,時間變量屬于關鍵因素,若其它因素一樣,輸水周期越長,則滲水損失量越多。按照灌區在集試區試驗信息,在沒有襯砌的情況下,通過優化管理(指盡可能根據規劃流量引水,減少輸水時間),能降低渠道輸水虧損的30%~50%,而且,還能提升灌溉水的使用率。強化用水控制。在輸水控制中,由于管理不善、項目失修、建筑結構漏漏等原因引起的漏漏損失,大概是渠道輸水損失總數的18%。經加強控制,如嚴格落實用水程序和制度、及時閉合閘門、強化建筑結構維護等,漏漏損失是能減少的,進而提升水的應用率,還降低了朝排水河道內的排放量,減少河道淤積。采取適時引水,統一引水,短時間引水,節省灌溉用水,合理使用水資源,削減了灌區的整體淤積量。自采取節水減淤之后,灌區少引入泥沙20%之上,不僅降低了灌區清淤壓力,還處理下游地(市)用水沖突,取得了事半功倍的成效。

  2.5、 創建“引黃渠首沉沙池經濟特區”

  引黃灌區于經濟、社會、生態以及環境等領域都獲得了明顯效益,對推動本地工農業發展以及人民生活質量的提高起到了重要意義。但在灌區大范圍受益的基礎上,渠首沉沙區人民卻飽受沙害影響,諸多賴以生存的土地受到占壓,人均耕地從原本的二畝多減少到一畝左右,很多村莊人均已不夠半畝;運沙渠兩邊出現的沙龍占用農田,限制農作物生長;池中逐年清淤產生沙化高地,凹凸不平,跑水跑肥,產量不高;渠道全年輸水造成兩邊土地鹽漬化嚴重,堿地范圍擴大至20000多畝;輸沙渠與沉沙池的創建打亂了以往的水系、交通、郵電項目,生態嚴重、環境閉塞、生產滯后,已產生新的經濟貧困區。通過調研發現,區中糧、棉平均單產是444kg/畝與34kg/畝,只是灌區普通農田的64%與54%;人均收益420元,相較于同年全灌區中農鄉人均收益750元少44%。長時間以來,對池區人民盡管給予適當的遷占賠償,可是依舊為補償性質,只可以處理低標準的溫飽,無法從本質上幫助人們處理生計問題,脫貧致富。怎樣治理渠首沉沙池區域落后于灌區整體經濟發展之間的沖突,既是引黃灌區穩定發展的需求,還是落實“以人為本”,一心一意為群眾服務的關鍵表現。

  由此提出了創建“引黃渠首沉沙池經濟特區”的想法。特區經濟開發整體發展戰略:在全面開發、科學使用特區資源的同時,夯實基礎創建。(1)初步修建公路、郵電以及水電等項目;(2)不斷完善產業結構,初步創建農林牧副漁業整體發展基地;(3)初步創建以開發使用引黃泥沙資源為重點的建材工業區;(4)初步創建以果品生產、食品生產等為中心的農副產品深度生產基地;(5)初步創建以劉集鎮為核心,以附近鄉鎮為橋梁的特區商貿系統。

  3 、結束語

  綜上所述,引黃灌區泥沙淤積導致灌區渠系的輸水能力降低,泥沙問題嚴重影響灌區的運行管理和可持續發展,不斷探究泥沙處理利用的途徑和方式意義重大。泥沙具備兩面性,做好引黃灌區泥沙的處理應用,既能夠改善引黃灌區的生態環境,又能夠給灌區經濟建設帶來顯著效益。

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