2018—2019年引黃入冀補淀工程沉沙池運行效果分析

袁榆梁 應(yīng)乃武 張文虎 計炳生 劉香君 陳萌

摘 要：引黃入冀補淀工程對雄安新區(qū)水資源供給有重要作用，其沉沙池的運行效果直接影響工程的正常運行。根據(jù)2018—2019年泥沙監(jiān)測斷面所測含沙量數(shù)據(jù)，綜合分析清池周期、沉沙率、來沙系數(shù)和輸沙率的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)沉沙池的沉沙率為95.56%，遠高于80%～85%的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);沉沙池來沙量為81.7萬t、沉沙78.07萬t，沉沙效果較好;沉沙池淤滿時間約為3.6 a，清池周期適中，使用效果較好。

關(guān)鍵詞：沉沙池;含沙量;運行效果;引黃入冀補淀工程

中圖分類號：TV146

文獻標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.025

引用格式：袁榆梁，應(yīng)乃武，張文虎，等.2018—2019年引黃入冀補淀工程沉沙池運行效果分析[J].人民黃河，2021，43（12）：128-130.

Abstract： The Yellow River-to-Baiyangdian Water Transfer Project plays an important role in ensuring the supply of water resources in the Xiongan New Area， and the operation effect of the settling basin directly affects the normal operation of the project. Based on the data of sediment concentration measured in the sediment monitoring section from 2018 to 2019， a comprehensive analysis of the variation rules of basin clearing cycle， sediment settling rate， sediment inflow coefficient and sediment transport rate shows that the sediment settling rate of the basin is 95.56%， which is much higher than the design standard of 80%-85%. The sediment amount of settling basin is 817 000 tons and settling sediment is 780 700 tons， and the settling effect is good. The sedimentation basin will be filled up in 3.6 years， the cleaning cycle is moderate， and the use effect is fine.

Key words： sedimentation basin; sediment concentration; operation effect; Yellow River-to-Baiyangdian Water Transfer Project

引黃入冀補淀工程作為國務(wù)院確定的節(jié)水供水重大水利工程，是國家戰(zhàn)略工程，也是保障雄安新區(qū)建設(shè)對白洋淀水位、水量要求的最重要、最有效的外流域調(diào)水工程。該工程通水后，不僅可以有效改善白洋淀和雄安新區(qū)的生態(tài)環(huán)境，還將大力緩解河北省中南部地區(qū)農(nóng)業(yè)嚴(yán)重缺水矛盾，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展注入強勁活力。為保障工程良好運行，需要對沉沙池的運行效果進行分析，該工程規(guī)模大、涉及內(nèi)容多，許多學(xué)者開展了大量研究：胡松可等[1]指出來水流量影響沉沙率，華根福等[2]提出了計算沉沙池泥沙沉降率時把沉沙池工作段分為若干個間距較小的計算池段，王開拓等[3]給出了沉沙率計算公式，賈艷霞等[4]指出了沉沙池的沉沙率與沉沙池尺寸的關(guān)系及沉沙池的尺寸與沉沙粒徑的關(guān)系，他們都提到沉沙率但未給出明確的概念。張洪記等[5]研究了柳洪水電站沉沙池沉沙與水庫沉沙兩種方式的水庫運行方式和沉沙效果，楊曉軍[6]從泥沙分布和沿程含沙量變化分析傳統(tǒng)沉沙池和新型沉沙池的沉沙效果，殷杰等[7]提出水流情況影響沉沙池的沉沙效果，他們都分析了影響沉沙池沉沙效果的因素，但是都未考慮來沙系數(shù)。張莊[8]提出沉淀效果的計算公式Z=（Fin-Fout/Fin，F(xiàn)in及Fout分別為通過進口及出口斷面的懸浮物質(zhì)量通量，湯驊等[9]研究了新型微灌沉沙池沉沙效率，他們?yōu)楣こ坛辽吵氐难芯刻峁┝藚⒖迹俏捶治鰜砩诚禂?shù)和輸沙率對沉沙率的影響。鑒于此，筆者分析引黃入冀補淀工程沉沙池的清池周期、沉沙率和來沙系數(shù)，進而分析引黃入冀補淀沉沙池運行效果。

1 工程概況

引黃入冀補淀工程自河南省境內(nèi)黃河下游渠村閘口引水，主輸水線路總長482 km，南起濮陽縣渠村引黃閘，北至白洋淀，沿線經(jīng)過河南和河北兩省的濮陽市、滄州市、邯鄲市、衡水市、邢臺市、保定市，最終到達雄安新區(qū)東南部的白洋淀。黃河是一條多泥沙河流，引水必然引沙。引黃入冀補淀工程新建沉沙池位于濮陽縣渠村鄉(xiāng)南湖村、巴寨村、安邱村和海通鄉(xiāng)甘稱灣村，占地174.8 hm2，長2 500 m，寬1 000 m，開挖土方713萬m3，沉沙池設(shè)計每年泥沙淤積約193萬m3。

沉沙池按條渠梭形布置，設(shè)2個條渠，用于沉淀水中大于規(guī)定粒徑的有害泥沙，使水的含沙量符合水質(zhì)要求并與下游渠道挾沙能力相適應(yīng)[10]。每個條渠寬約450 m，設(shè)計水深5.2 m，單條渠蓄水量約350萬m3。沉沙池在水流較紊亂、水流流速不均、橫向環(huán)流及縱向環(huán)流等條件下不利于泥沙沉降[11]，水流進入沉沙池后，流速顯著減小，使得水流挾沙能力降低，從而改變了原有水流泥沙運動的狀態(tài)[12]，達到沉沙的目的。

2 沉沙池泥沙監(jiān)測斷面布置情況

2.1 監(jiān)測斷面

引黃入冀補淀工程河南段平面布設(shè)見圖1。以掌握沉沙池沉沙效果為目標(biāo)，在流量監(jiān)測斷面設(shè)置含沙量監(jiān)測設(shè)備，掌握沉沙池前后含沙量變化情況。泥沙測驗是輸水調(diào)度、沉沙池沉沙效果分析的重要依據(jù)，根據(jù)布設(shè)原則，本文研究共布設(shè)2個泥沙監(jiān)測斷面，分別是南湖和甘稱灣斷面。南湖斷面位于濮陽縣渠村鄉(xiāng)南湖村，在沉沙池的進口位置;甘稱灣斷面位于濮陽縣海通鄉(xiāng)甘稱灣村，在沉沙池的出口位置。

2.2 監(jiān)測方法

2018年11月29日—2019年3月17日輸水期間（以下簡稱輸水監(jiān)測期間），在南湖斷面與甘稱灣斷面采用瓶式采樣器積深法進行沙樣采集，采集的沙樣用烘干稱重法進行稱重，對斷面的日均流量、懸移質(zhì)含沙量和懸移質(zhì)輸沙率實施監(jiān)測。每日懸移質(zhì)含沙量監(jiān)測不少于1次，懸移質(zhì)輸沙率每7～10 d施測1次，斷面測沙垂線不少于6條。含沙量共測驗193次，其中南湖斷面98次，甘稱灣斷面95次;輸沙率共測驗29次，其中南湖斷面15次，甘稱灣斷面14次。

3 沉沙池運行效果分析

沉沙池運行效果受清池周期、沉沙率和來沙系數(shù)等因素影響，當(dāng)清池周期適中、沉沙率較大、進口來沙系數(shù)較大和出口來沙系數(shù)較小時，沉沙池運行效果較好。

3.1 清池周期

對引黃入冀補淀工程沉沙池使用效果可以從清池周期分析，如果該沉沙池清池周期在2 a內(nèi)，說明淤積過快，沉沙效果較差;2～5 a，說明清池周期合適，效果較好;5 a以上，說明日常沉沙過慢，難以滿足運行要求，沉沙效果較差。

引黃入冀補淀沉沙池設(shè)計為雙條渠，沉沙池容積約為795萬m3，輸水監(jiān)測期間沉沙池內(nèi)泥沙淤積體積約55.7萬m3，推算一年約為223萬m3，沉沙池淤滿時間約為3.6 a，因此該沉沙池清池周期適中，使用效果較好。

3.2 沉沙率

2018年11月29日到2018年12月17日，沉沙池的入口輸沙率逐漸增大，沉沙池逐漸蓄滿，沉沙率逐漸增大;來沙系數(shù)波動性較大，2018年12月3日來沙系數(shù)達到最大值，為1.757 kg·s/m6;此時段來沙系數(shù)較大，沉沙池的泥沙含量逐漸增大，沉沙池的淤積沉沙效果較好。2018年12月26日到2019年1月24日沉沙池輸沙率趨于穩(wěn)定，沉沙效果達到最好狀態(tài)。

輸水監(jiān)測期間沉沙池出口處的輸沙率和來沙系數(shù)都處于穩(wěn)定且較低的狀態(tài)，說明沉沙池內(nèi)泥沙淤積效果較好，沉沙池的沉沙效果較好。

4 結(jié) 論

根據(jù)2018—2019年實測泥沙資料分析引黃入冀補淀沉沙池運行效果，主要結(jié)論如下：

（1）從清池周期來看，沉沙池清池周期適中，沉沙池使用效果較好;

（2）從沉沙率來看，整個輸水期間泥沙進入沉沙池81.70萬t，出沉沙池3.63萬t，即78.07萬t泥沙淤在沉沙池，沉沙率為95.56%，遠大于沉沙率80%～85%的設(shè)計要求，沉沙效果較好;

（3）從來沙系數(shù)和輸沙率來看，輸水監(jiān)測期間沉沙池入口處的來沙系數(shù)和輸沙率前期較高，后期趨于穩(wěn)定，沉沙池出口處的輸沙率和來沙系數(shù)都處于穩(wěn)定且較低的狀態(tài)，沉沙效果較好。

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【責(zé)任編輯 張華巖】