引黃濟(jì)青渠道輸水能力影響因素分析

江崇安，崔積家，邵英超

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250013）

山東省引黃濟(jì)青工程自1986年開始建設(shè)，1989年10月建成通水，至今已運(yùn)行了20余年，累計(jì)向青島供水17.2億m3，沿途農(nóng)業(yè)供水9億m3，補(bǔ)充地下水5億 m3，對(duì)青島市及沿線縣（市）社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善發(fā)揮了重要作用。

1 引黃濟(jì)青工程的任務(wù)

1.1 供水范圍

引黃濟(jì)青工程目前主要是向青島市供水，山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程貫通后，其供水范圍將擴(kuò)大到青島、煙臺(tái)和威海3個(gè)市的12個(gè)市（區(qū)），土地總面積1.56萬(wàn)km2，南水北調(diào)東線一期工程建成后，屆時(shí)供水范圍將覆蓋濰坊、青島、煙臺(tái)和威海4個(gè)市的35個(gè)縣、市、區(qū)，土地總面積3.15萬(wàn)km2。引黃濟(jì)青工程供水范圍詳見表1。

表1 引黃濟(jì)青工程供水范圍表

1.2 設(shè)計(jì)調(diào)水量

1）長(zhǎng)江水到來(lái)之前。長(zhǎng)江水到來(lái)之前主要是滿足青島市引黃需求，設(shè)計(jì)調(diào)水量10 950萬(wàn)m3；滿足膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程供水要求，設(shè)計(jì)調(diào)水量14 300萬(wàn)m3；設(shè)計(jì)總調(diào)水量為25 250萬(wàn)m3。

2）南水北調(diào)膠東輸水干線貫通后，同時(shí)調(diào)引長(zhǎng)江水和黃河水。

南水北調(diào)膠東輸水干線貫通后，通過(guò)現(xiàn)有引黃濟(jì)青工程向青島輸送黃河水10 950萬(wàn)m3，輸送長(zhǎng)江水13 000萬(wàn)m3；向?yàn)H坊輸送長(zhǎng)江水10 000萬(wàn)m3；向煙臺(tái)輸送長(zhǎng)江水9 650萬(wàn)m3；向威海輸送長(zhǎng)江水5 000萬(wàn)m3。輸送總水量為48 600萬(wàn)m3，其中黃河水10 950 萬(wàn) m3；長(zhǎng)江水 37 650 萬(wàn) m3。

1.3 工程任務(wù)拓展

在引黃濟(jì)青工程建筑物和渠道輸水規(guī)模不變的情況下，其工程任務(wù)由單一的向青島市區(qū)供水，拓展到濰坊、青島、煙臺(tái)和威海共35個(gè)縣（市、區(qū)），輸水時(shí)間由70 d，延長(zhǎng)到了243 d，總供水量由10 950萬(wàn)m3擴(kuò)大到48 600萬(wàn)m3，屆時(shí)將有力確保青島市乃至整個(gè)膠東地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

2 引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀輸水能力分析

2009年12月5日至2010年2月26日，引黃濟(jì)青工程通過(guò)84 d的運(yùn)行，提水入棘洪灘水庫(kù)的凈水量為10 985萬(wàn)m3，雖然完成了充庫(kù)任務(wù)，但比原設(shè)計(jì)70 d完成輸水滯后了14 d。現(xiàn)根據(jù)引黃濟(jì)青工程棘洪灘（末級(jí)）泵站實(shí)測(cè)的平均日流量，分析引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀的輸水能力。

棘洪灘泵站位于渠道設(shè)計(jì)樁號(hào)252+543處，設(shè)計(jì)流量23 m3/s，加大流量34.1 m3/s。棘洪灘泵站在運(yùn)行的78 d中，日提水流量為7.7～21.6 m3/s，日平均流量16.3 m3/s，僅達(dá)到設(shè)計(jì)流量的71%。在引黃濟(jì)青工程向青島輸水期間，渠道基本上控制在設(shè)計(jì)水位運(yùn)行，泵站前部分渠段按加大水位控制，但是輸水能力僅能達(dá)到原設(shè)計(jì)的71%，渠道的輸水能力和原設(shè)計(jì)相比下降了約30%。

3 導(dǎo)致渠道輸水能力降低的主要因素

3.1 渠道淤積的影響

由于引黃濟(jì)青工程渠首沉沙池超期服役，沉沙池出口含沙量增加，導(dǎo)致渠道淤積。據(jù)2009年引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀普查資料，渠道淤積厚度為0.3～0.9 m，造成過(guò)水?dāng)嗝鏈p小，輸水水位壅高。

以白浪河倒虹后 （113+727）至利民河倒虹前（124+140）段渠道為例，按照明渠均勻流公式，分析渠道淤積對(duì)輸水能力的影響。該段渠道原設(shè)計(jì)渠底寬度12.3 m、渠底比降1/20 000、設(shè)計(jì)水深3.0 m、邊坡1∶2、糙率0.02，渠道目前平均淤積厚0.45 m。經(jīng)計(jì)算渠道淤積前過(guò)流能力為32.2 m3/s；渠道淤積后，在達(dá)到設(shè)計(jì)水位時(shí)，計(jì)算水深減小到2.55 m，相對(duì)渠底寬度增大為14.1 m，糙率和比降不變，則過(guò)流能力為26.7 m3/s。渠道淤積后的輸水能力僅能達(dá)到原設(shè)計(jì)的83%，由于淤積因素的影響，輸水能力下降了17%。

3.2 輸水糙率加大的影響

由于渠道襯砌蓄水保溫效果差，渠道產(chǎn)生不同程度的凍脹，周而復(fù)始的凍脹作用使混凝土板凸起，局部段甚至發(fā)生破壞；另外工程運(yùn)行20余年，地下水位發(fā)生不同的變化，在地下水位升高地段發(fā)生了揚(yáng)壓力頂托破壞。據(jù)引黃濟(jì)青2009年普查資料統(tǒng)計(jì)，渠道襯砌破壞較嚴(yán)重的三、四類工程渠段長(zhǎng)度91.5 km，占襯砌總長(zhǎng)度的44%。由于凍脹和地下水頂托作用，破壞了原渠道襯砌結(jié)構(gòu)整體性，使預(yù)制板勾縫脫落、凹凸不平，導(dǎo)致輸水糙率增加，過(guò)流能力降低。原設(shè)計(jì)襯坡沒(méi)襯底的渠段，渠底雜草叢生，管理機(jī)構(gòu)雖在放水前安排人員割草，但剩余草根也加大了輸水糙率。

以昌平河倒虹后（198+986）至亭口泵站前（204+272）段渠道為例，渠底寬度12.3 m、渠底比降1/15 000、設(shè)計(jì)水深3.0 m、邊坡1∶1.5。原設(shè)計(jì)為混凝土預(yù)制板襯坡、黏土襯底，混凝土板的糙率為0.016（根據(jù)灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范附錄E確定，下同），黏土的糙率為0.025，根據(jù)濕周的長(zhǎng)度，加權(quán)平均的糙率為0.02。目前根據(jù)工程現(xiàn)狀渠底的糙率為0.027 5，渠坡為0.018，加權(quán)平均的糙率為0.022 5。按照明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算，渠道原設(shè)計(jì)輸水能力為26.6 m3/s，目前為23.7 m3/s，渠道的輸水能力因糙率的增大而下降11%。

4 解決渠道輸水能力降低的主要對(duì)策

4.1 改造現(xiàn)有的引黃濟(jì)青工程

雖然引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀輸水能力達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模，但目前引黃濟(jì)青供水目標(biāo)比較單一，就是滿足青島市引黃需要，靠延長(zhǎng)輸水時(shí)間也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)水任務(wù)。但隨著膠東調(diào)水工程、南水北調(diào)東線一期工程相繼建成后，引黃濟(jì)青工程同時(shí)擔(dān)負(fù)著引黃和引江的任務(wù)，輸水時(shí)間由70 d延長(zhǎng)到243 d，受現(xiàn)狀渠道過(guò)水能力的制約，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)調(diào)水任務(wù)，也無(wú)延長(zhǎng)輸水時(shí)間的條件，因此必須對(duì)現(xiàn)有的引黃濟(jì)青工程進(jìn)行改造，使其恢復(fù)到原有的設(shè)計(jì)輸水規(guī)模，以滿足膠東地區(qū)有關(guān)城市調(diào)引江水、黃河水的需要。

4.2 開辟新的治沙條渠并襯砌輸水渠道

泥沙淤積對(duì)渠道輸水能力降低影響較大，需要及時(shí)清除。為了從根本上解決渠道泥沙淤積問(wèn)題，必須在渠首開辟新的沉沙條渠。目前引黃濟(jì)青啟用的是第二沉沙條渠，已累計(jì)沉沙1 152萬(wàn)m3。原設(shè)計(jì)使用3～5年的條渠，已使用了20余年，目前主要依靠以挖待沉、堤外堆砂的方式運(yùn)行，給引黃濟(jì)青工程的管理和運(yùn)行帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，急需建設(shè)新的沉沙條渠。

為了解決現(xiàn)有渠道襯砌凍脹、地下水頂托破壞及渠底長(zhǎng)草加大輸水糙率問(wèn)題，根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》SL18—2004的規(guī)定，現(xiàn)有渠道襯砌已經(jīng)達(dá)到正常使用年限，到了更新?lián)Q代期，必須根據(jù)現(xiàn)有的氣象資料、沿線地下水動(dòng)態(tài)和新的保溫措施，重新對(duì)渠道進(jìn)行襯砌，以滿足輸送黃河水和長(zhǎng)江水的需要，以確保膠東地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康快速發(fā)展。