“一种自排沙廊道”专利技术试验研究及其应用.doc

“一种自排沙廊道”专利技术试验研究及其应用 1 基本情况??? ??? 黄河是世界上泥沙最多的河流，小北干流是黄河的多沙粗沙段,其年平均输沙量15.3亿t,占全河的90%,同时也是主要粗沙来源区,其数量为6.92亿t,占全河的94.6%,加上此段河道游荡多变及“沙、草、冰”三大影响因素的共同危害,就更加大了黄河水资源利用的难度。因此,水利界素有“黄河泥沙问题是具有挑战性的世界难题”的说法。陕西省东雷抽黄灌溉工程的渠首进水闸,就处在黄河小北干流中段。渠首上游的黄河门水文站多年平均含沙量37kg/m3,汛期平均含沙量67kg/m3,非汛期平均含沙量11.7kg/m3，最大含沙量933kg/m3。多年来黄河水量偏枯，河槽游荡性加剧，加上渠首进水闸底高程347.362m，目前进水闸前河道泥沙面352.0-352.5m,比进水闸底高出5m左右，每次灌引水，总会随水引进大量河床粗沙,使泥沙问题难上加难。??? 灌区总干渠淤沙的中值粒径，一般变化在0.08-0.225mm，加权平均0.128mm。上段（1+113.6—7+100）是粗沙重点淤积段，特别是总干渠的隧洞设计流速2.56m/s,出口的渠道设计流速1.55m/s,流速的大幅下降，使有害粗沙迅速下沉。多年来隧洞出口（1+120）的渠床淤沙高达3.0m（渠道原衬砌高度2.92m，2002年加高至4.0m）,最高达4.0m左右,泥沙占渠道断面的68.38%,D50为0.24-0.30mm，Dmax为0.35-1.0mm,其中粒径在0.1-1.0mm的有害泥沙占95.53%，粒径大于0.05mm的泥沙占99.92%。总干渠的上段每公里淤沙达4.5万m3,D50为0.17-0.3mm，总干末段的淤积厚度2.3m,D50为0.18mm;各二级抽水站以上的干支渠及田间渠道，淤积也相当严重,东雷干渠、新民干渠、南西干渠、加西干渠的淤积厚度均在1.0m以上,中值粒径D50分别为0.215mm、0.21mm、0.19mm，远大于设计泥沙粒径（0.042-0.071mm）。泥沙已造成各级渠道有效过水断面大幅度减小，输水输沙能力普遍下降20-40%，决口事故频出或被迫停水清淤,耽误了农时黄金灌溉季节。如南乌牛系统的年斗口用水量占全局用水量的70%左右，其输水渠道南西干渠总长9970m，原设计过流量0.74-16m3/s，但渠道淤积相当严重。据1995～1999年对位于3+750～5+650段的泥沙淤积情况观测（详见附表7），淤积泥沙占到渠道设计过水断面的40.82％；1989年东雷系统冬灌33天，泥沙迫使干渠渠首4次停水清淤，有效运行仅6.5天，其他三个灌溉系统,也时常发生因渠道淤积，被迫停水清淤而影响灌溉的情况。2005年夏灌，是多年不遇的春夏连旱，高北系统合阳灌区由于泥沙淤积，设计流量5.98m3/s的渠道只允许通过2.5m3/s，仅为设计流量的42%；南乌牛系统流量17m3/s以上的渠道仅能通过13m3/s，造成2.7万hm2耕地得不到及时灌溉，旱灾造成的损失加剧。??? 由于黄河小北干流，是黄河的多沙粗沙段，其中石英、长石、角闪石占95%，其布氏硬度在650以上，颗粒呈菱角形和尖角形，对机泵及渠系建筑物造成严重磨蚀。据分析，泥沙粒径d大于0.05mm以后，对机组的磨蚀逐渐增大，当d等于0.1-0.5mm时，磨损强度显著增大，特别是东雷抽黄四个二级抽水站水泵叶轮的直径大、线速度高，而水泵的磨损程度与转速3次方成正比，使磨蚀破坏异常严重。目前东雷抽黄的水泵，尤其是四个二级抽水站的水泵，大修周期不及国家标准的十分之一，水泵出水量下降20%多，能源单耗上升18.7%。??? 粗沙进地，将每年造成430.16hm2耕地沙化；清淤泥沙长期占用群众耕地，且风吹沙跑，造成局部农田沙化和环境恶化。??? 灌区设计灌溉面积6.8万hm2，为高扬程多级电力抽水，9级抽水累计最高扬程331.71m，加权平均扬程214.75m，多年平均斗口水耗电1.38度/m3，塬上四个灌溉系统中最大耗电1.9度/m3,2005年核算斗口行水成本0.721元/m3(电费另计),灌区每年仅粗泥沙上塬，就多耗电134.09万度；94年组织群众仅对总干渠上段7km清淤46万m3，群众投劳数万工日，耗资约300多万元，加上塬上各级渠道在每次灌溉前后必须清淤，清淤费用巨大，给地处国家级贫困地区的灌区农民，造成巨大损失和经济负担。??? 2 专利技术试验研究??? ??? “一种自排沙廊道”是东雷抽黄管理局高级工程师谭培根经过13年研究的科技成果。1993-1995年为提出初步设计阶段,1996-1999年为理论研究，借鉴总结,分析探讨阶段,2000-2001年为重点技术专项试验，创新突破阶段,2002-2004年为专利报批阶段