山西中部引黃工程取水口泥沙顆粒分析

馬菲

（山西省中部引黃工程建設(shè)管理局，太原 030002）

山西中部引黃工程取水口泥沙顆粒分析

馬菲

（山西省中部引黃工程建設(shè)管理局，太原 030002）

山西省中部引黃工程擬在黃河中游天橋水電站庫區(qū)上游設(shè)取水口。對取水口附近泥沙進(jìn)行測量并進(jìn)行顆粒分析，從下游至上游依次選取6個(gè)施測點(diǎn)，懸沙垂向測點(diǎn)安排在0.2，0.6，0.8h位置。分析得出床沙與懸沙等7組樣品的不均勻系數(shù)較為接近，除22#樣品外，底沙不均勻系數(shù)普遍偏高。22#樣品顆粒的粒徑最大，分布最均勻。

中部引黃工程；泥沙；顆粒分析

1 取水口情況調(diào)杳

本工程取水口擬在黃河中游天橋水電站樞紐上游380m庫區(qū)左岸。按引水工程要求，當(dāng)黃河水日含沙量大于5kg/m3時(shí)，工程不引水，全年不引水天數(shù)分布在3月份凌汛期和7～9月份汛期，總計(jì)68d。

工程引水口選擇在天橋水電站上游的左岸，距水庫大壩0.38km。取水口左岸岸壁陡峭，巖體巨大，水邊有巖體剝落的碎巖，形成狹窄的岸灘；左岸線凸向岸邊，河勢呈微彎形河道；取水口位于凹形岸線的迎流面一側(cè)，取水口軸線與河道主流軸線交角70°。取水口設(shè)計(jì)為無壓取水，設(shè)計(jì)最低取水位830.0m，最高取水位834.0m，設(shè)計(jì)取水流量23.55m3/s。

考慮取水口前的開挖和主河道流向的情況，在距天橋水庫大壩0.5km選擇采樣點(diǎn)3處：1#采樣點(diǎn)在沿進(jìn)水塔軸線距進(jìn)水口100m處，靠近主流區(qū)，主要反映主河道主流區(qū)進(jìn)入取水口附近的泥沙情況；2#點(diǎn)在凹形岸線內(nèi)近岸區(qū)，主要反映沿岸斜向進(jìn)入取水口附近的泥沙情況；3#點(diǎn)在沿進(jìn)水塔軸線距進(jìn)水口20m處，主要反映正對進(jìn)水口的泥沙情況。3個(gè)采樣點(diǎn)均位于進(jìn)水塔附近，基本反映出取水口附近的泥沙分布情況。在實(shí)際采樣中由于取水口位置的改變和電站放水運(yùn)行，水中準(zhǔn)確定位困難，加測采樣點(diǎn)4#，5#，6#，共計(jì)采樣點(diǎn)6個(gè)。

2 泥沙顆粒分析

泥沙顆粒分析按照SL42—2010《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》的要求與步驟進(jìn)行。參考相關(guān)文獻(xiàn)可知本次試驗(yàn)中樣品整體顆粒較小，可以采用馬爾文激光粒度儀（MS2000）測定顆粒組成。試驗(yàn)以水為分散介質(zhì)進(jìn)行濕法測試。

2.1 試驗(yàn)儀器

采用馬爾文激光粒度儀（MS2000）與傳統(tǒng)方法相比，具有高精度、高效率、高自動化程度的顯著優(yōu)勢。

2.2 樣品顆粒分析

試驗(yàn)共選定12個(gè)樣品，其中包括6個(gè)懸沙樣品與6個(gè)底沙樣品。

表1提供了每個(gè)樣品的測點(diǎn)信息、比表面積、界限粒徑值。

表1 黃河泥沙樣品試驗(yàn)信息

懸沙中值粒徑0.0056~0.0103mm，最大粒徑0.3631mm；底沙中值粒徑0.0474~0.5506mm，最大粒徑1.4454mm。

圖2～圖6分別列出6個(gè)樣品顆粒分析試驗(yàn)結(jié)果。

圖2 22#樣品粒度分布曲線與粒級含量

圖3 樣品粒度分布曲線與粒級含量

圖4 樣品粒度分布曲線與粒級含量

圖5 樣品粒度分布曲線與粒級含量

圖6 樣品粒度分布曲線與粒級含量

圖7給出樣品的顆粒級配曲線匯總，可以看出，除22#底沙樣品外，懸沙與底沙級配基本符合正態(tài)分布，懸沙粒徑較底沙粒徑更細(xì)、更均勻。底沙粒徑分布與懸沙粒徑分布相似。22#樣品的采樣點(diǎn)位于黃河沿岸靠近峭壁處，巖石剝落沉降于河底形成了粒徑較大的顆粒。

圖7 黃河泥沙樣品激光測量級配曲線匯總

為將激光法與傳統(tǒng)法的分析結(jié)果進(jìn)行相互銜接，根據(jù)牛占等人在《激光粒度分布儀應(yīng)用于黃河泥沙顆粒分析的實(shí)驗(yàn)研究》文中建立的黃河泥沙激光法傳統(tǒng)法粒度級配的銜接互換關(guān)系，將樣品的激光法級配結(jié)果向傳統(tǒng)法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過轉(zhuǎn)換可提供顆粒大小分析試驗(yàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果，以2#懸沙樣品、19#底沙樣品為例，轉(zhuǎn)換結(jié)果如表2。

表2 顆粒大小分析試驗(yàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果

粒級界限采用DL/T5089《水電水利工程泥沙設(shè)計(jì)規(guī)范》中條款，樣品密度均勻，即小于某一粒徑的泥沙占總泥沙的體積與其質(zhì)量相同。2#樣品中值粒徑d50=6.779μm＜15μm，界定為細(xì)沙型，激光法與傳統(tǒng)法顆粒累積級配相關(guān)關(guān)系為：

19#樣品中值粒徑d50=47.414μm＞40μm，界定為粗沙型，激光法與傳統(tǒng)法顆粒累積級配相關(guān)關(guān)系為：

根據(jù)顆粒級配結(jié)果進(jìn)行直線插值，得到樣品的限制粒徑d60和有效粒徑d10，通過計(jì)算得到樣品的不均勻系數(shù)如表3。

表3 黃河泥沙樣品不均勻系數(shù)

續(xù)表3

由表3可以看出床沙與懸沙等6組樣品的不均勻系數(shù)較為接近，除22#樣品外，底沙不均勻系數(shù)普遍偏高。22#樣品顆粒的粒徑最大，分布最均勻。不均勻系數(shù)最大值為10.34，最小值為1.76，平均值為6.29。

3 結(jié)語

（1）出床沙與懸沙等7組樣品的不均勻系數(shù)較為接近，除22#樣品外，底沙不均勻系數(shù)普遍偏高。

（2）22#樣品顆粒的粒徑最大，分布最均勻。

（3）不均勻系數(shù)最大值為10.34，最小值為1.76，平均值為6.29。

（4）所得結(jié)果，對于研究取水口泥沙組成規(guī)律有重要意義，同時(shí)為泵站水泵選型等提供重要依據(jù)。

［1］楊廷瑞.高含沙引水淤灌的經(jīng)濟(jì)效益［J］.陜西水利，1986（5）：27-30.

［2］張德茹，梁志勇.黃河下游引水引沙與河道沖淤關(guān)系研究綜述［J］.泥沙研究，1995（2）：32-42.

［3］許炯心.黃河中游支流懸移質(zhì)粒度與含沙量、流量間的復(fù)雜關(guān)系［J］.地理研究，2003（1）：39-48.

［4］山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.山西省中部引黃工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.

［5］林秀芝，申冠卿，郭彥.山西省中部引黃取水條件及引沙狀況分析［J］.人民黃河，2014（3）：67-69.

（責(zé)任編輯：姜彤宇）

Analysis of water sediment grain size of Yellow River diversion project water inlet in the middle of Shanxi Province

MA Fei
（Construction and Administration Bureau of Yellow River Diversion Project in the Middle of Shanxi Province，Taiyuan 030002，China）

The water inlet of the Yellow River diversion project in the middle of Shanxi Province are set up in the upstream of Tianqiao hydropower station in the middle reaches of the Yellow River.In this paper，the sediment near the water inlet is measured and the grain size is analyzed，six points are selected from downstream to upstream，the suspended sediment vertical measuring points are arranged to the relative depth at 0.2h，0.6h，0.8h.The results showed that non-uniform coefficient of seven group samples such as bed load and suspended sedi ment are relatively close，non-uniform coefficient of bottom sediment is generally high except the sample 22#.The grain size of sample 22#is the largest and its distribution is most uniform.

Yellow River diversion project at middle district；sediment；grain size analysis

P333.4；TV14

B

1672-9900（2017）01-0005-04

2016-11-07

馬 菲（1983-），男（漢族），山西翼城人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工與管理工作，（Tel）13303433232。