張靈真，趙培青，韓鳳來

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

玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水工程防治泥沙措施研究

張靈真，趙培青，韓鳳來

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

通過分析黃河來水來沙情況、田山提灌站、濟(jì)平干渠運(yùn)用條件，對(duì)向玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水方案三種運(yùn)行工況下的沉沙池沉沙、濟(jì)平干渠挾沙能力及相關(guān)控制指標(biāo)分別進(jìn)行分析計(jì)算。提出了利用南水北調(diào)濟(jì)平干渠補(bǔ)水泥沙含量控制指標(biāo)，防止補(bǔ)水期間對(duì)濟(jì)平干渠造成泥沙淤積。并經(jīng)充分論證后，提出補(bǔ)水結(jié)束調(diào)水沖渠，置換濟(jì)平干渠內(nèi)黃河水的處理措施，防止在靜水狀態(tài)下渠內(nèi)可能產(chǎn)生的落淤影響。

泥沙淤積；挾沙能力；引黃；泥沙含量；控制指標(biāo)

玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水工程是指利用輸水暗涵將田山沉沙池與濟(jì)平干渠連通，在南水北調(diào)非輸水期（汛期6～9月），通過田山一級(jí)站引黃、田山沉沙池沉沙后，進(jìn)入濟(jì)平干渠，經(jīng)濟(jì)平干渠玉清湖分水閘向玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水，或經(jīng)濟(jì)平干渠末端睦里莊跌水為濟(jì)南市小清河生態(tài)補(bǔ)源。通過補(bǔ)水工程利用濟(jì)平干渠的控制運(yùn)行條件、控制指標(biāo)確定及補(bǔ)水工程沉沙池沉沙計(jì)算等措施研究，對(duì)類似引水工程有著重要的借鑒意義。

1　工程概況

補(bǔ)水工程位于濟(jì)南市平陰縣城東北方向約2.6 km，連通田山沉沙池和濟(jì)平干渠。通過在田山沉沙池東條渠東堤濟(jì)平干渠以南約100 m處新建沉沙池出口引水閘，閘后接輸水暗涵，向東17.2 m后折向北并進(jìn)入濟(jì)平干渠渠道。按同時(shí)向玉清湖水庫(kù)（設(shè)計(jì)補(bǔ)水流量為5.9 m3/s）和濟(jì)南市區(qū)小清河補(bǔ)水（設(shè)計(jì)補(bǔ)水流量5 m3/s），并考慮沿程輸水損失確定最大補(bǔ)水流量12 m3/s。

2　補(bǔ)水工程含沙量指標(biāo)確定

2.1汛期利用田山一級(jí)站可引黃天數(shù)分析

根據(jù)2000—2011年田山灌區(qū)實(shí)測(cè)黃河含沙量資料統(tǒng)計(jì)，6～9月份平均含沙量為3.38 kg/m3，與年平均含沙量相等。根據(jù)田山渠首引黃控制條件和2000—2011年田山灌區(qū)實(shí)測(cè)渠首黃河含沙量資料，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，汛期利用田山提灌站多年平均可引黃河水天數(shù)有87 d。

2.2沉沙池出入口含沙量允許值分析

2.2.1運(yùn)行工況

考慮田山灌區(qū)汛期為滿足灌區(qū)用水需引水5.0 m3/s，加上補(bǔ)水水量，確定三種運(yùn)行工況條渠流量分別為：1）工況1：同時(shí)向玉清湖水庫(kù)和小清河補(bǔ)水，補(bǔ)水流量12.0 m3/s。東條渠出水12.0 m3/s，西條渠進(jìn)水17.0 m3/s；2）工況2：向玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水，補(bǔ)水流量6.5 m3/s。東條渠出水6.5 m3/s，西條渠進(jìn)水11.5 m3/s；3）工況3：向小清河補(bǔ)水，補(bǔ)水流量5.5 m3/s。東條渠出水5.5 m3/s，西條渠進(jìn)水10.5 m3/s。

2.2.2沉沙池?cái)嗝嬉?/p>

西條渠入口至東條渠出水閘全長(zhǎng)6 950 m，平均寬132.6 m，平均底高程35.73 m。條渠寬度分布較為合理，前半段窄，流速較大，可以沉下大部分粗沙，后半段寬，流速較小，可以沉下細(xì)沙。

根據(jù)《水利水電工程泥沙設(shè)計(jì)規(guī)范》條池寬度與流量的關(guān)系要求，過水流量17、11.5、10.5 m3/s時(shí)，條池寬度應(yīng)分別達(dá)到170、115、105 m。田山沉沙條渠平均寬132.6 m，小于流量17 m3/s要求的170 m，考慮到分流到東條渠最大只有12 m3/s，而東條渠又較西條渠寬，平均寬204 m，長(zhǎng)度有3 245 m，可以滿足條池寬度要求。

2.2.3沉沙池沉排沙分析

引沙量采用田山渠首實(shí)測(cè)的逐月含沙量平均值作為引沙量的計(jì)算依據(jù)，經(jīng)計(jì)算，年引沙量36.19萬m3，引水期平均含沙量為3.4 kg/m3。引水天數(shù)、引水量、引沙量、沉沙池糙率、各月水溫等計(jì)算參數(shù)選用見表1。

表1　田山泵站引黃天數(shù)引水量、沙量統(tǒng)計(jì)

各引水月份泥沙顆粒級(jí)配采用艾山站多年平均懸移質(zhì)顆粒級(jí)配作為計(jì)算依據(jù)。泥沙顆粒分組及沙重百分?jǐn)?shù)見表2。

表2　艾山站多年平均懸移質(zhì)泥沙分組及沙重百分?jǐn)?shù)

泥沙的沉速按照《水電水利工程沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范》（DL/T 5107-1999）有關(guān)規(guī)定，選用相應(yīng)的計(jì)算公式。計(jì)算時(shí)考慮細(xì)顆粒泥沙絮凝現(xiàn)象，據(jù)黃委會(huì)水利科學(xué)研究所等單位試驗(yàn)資料，絮凝團(tuán)粒徑采用0.01 mm的常值，泥沙分組分為8組。

條渠的沉排沙計(jì)算是用西、東沉沙條渠串聯(lián)計(jì)算，東沉沙條渠出口閘控制水位38.67 m，根據(jù)條渠的斷面指標(biāo)以及條渠的水力計(jì)算公式，從下游向上游各斷面依次計(jì)算，并根據(jù)條渠出口含沙量計(jì)算式及條渠淤積后斷面改正計(jì)算方法，用分段控制沉沙率與淤積體相平衡的辦法進(jìn)行計(jì)算，按條渠運(yùn)用一個(gè)周期年計(jì)，時(shí)段以日為單位，逐日進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，計(jì)算出條渠運(yùn)用過程中沉沙條渠的出口含沙量、攔排沙的數(shù)量：

1）工況1：沉沙條渠年引水量為12 778.56萬m3，引沙量36.19萬m3，沉沙量31.80萬m3，排沙量4.39萬m3，排沙比12.1%；2）工況2：沉沙條渠年引水量為8 644.32萬m3，引沙量24.48萬m3，沉沙量22.72萬m3，排沙量1.76萬m3，排沙比7.2%；3）工況3：沉沙條渠年引水量為7 892.64萬m3，引沙量22.35萬m3，沉沙量20.97萬m3，排沙量1.38萬m3，排沙比6.2%。經(jīng)計(jì)算，不同補(bǔ)水工況沉沙池入、出口含沙量見表3。

表3　不同工況沉沙池入、出口含沙量表 kg/m3

2.3補(bǔ)水期間濟(jì)平干渠挾沙能力分析

選用濟(jì)平干渠補(bǔ)水渠段斷面大，比降緩，流速相對(duì)較小，挾沙能力也較小的斷面 （46+598～51+ 442渠段），按控制水深為3.0 m，渠道底寬14.8 m，邊坡2.0，糙率0.015，分別計(jì)算三種補(bǔ)水工況下濟(jì)平干渠最小挾沙能力。

經(jīng)計(jì)算，工況1：渠道挾沙能力為1.48 kg/m3，大于最大月均入渠含沙量0.56 kg/m3，故該工況在動(dòng)水情況下不會(huì)發(fā)生淤積；工況2：渠道挾沙能力為0.42 kg/m3，大于最大月均入渠含沙量0.34 kg/m3，故該工況在動(dòng)水情況下不會(huì)發(fā)生淤積；工況3：渠道挾沙能力為0.31 kg/m3，大于最大月均入渠含沙量0.30 kg/m3，故該工況在動(dòng)水情況下不會(huì)發(fā)生淤積。

2.4控制含沙量指標(biāo)

將各工況渠道挾沙能力作為東條渠出口斷面的含沙量控制指標(biāo)，試算西條渠入口含沙量最大允許值。經(jīng)計(jì)算：

1）工況1：田山沉沙池入口控制含沙量指標(biāo)為9.5 kg/m3，濟(jì)平干渠入口含沙量控制指標(biāo)為1.48 kg/m3。2）工況2：田山沉沙池入口控制含沙量指標(biāo)為5.0 kg/m3，濟(jì)平干渠入口含沙量控制指標(biāo)為0.42 kg/m3。3）工況3：田山沉沙池入口控制含沙量指標(biāo)為4.3 kg/m3，濟(jì)平干渠入口含沙量控制指標(biāo)為0.31 kg/m3。

3　防范落淤措施

按照沉沙條渠入口、出口泥沙含量最大允許值控制工程調(diào)度運(yùn)行，補(bǔ)水期間不會(huì)造成濟(jì)平干渠渠道淤積，濟(jì)平干渠主倒虹斷面小于渠道斷面，流速大于渠道流速，其挾沙能力更大，亦不會(huì)在補(bǔ)水期間發(fā)生淤積。

補(bǔ)水時(shí)段結(jié)束，濟(jì)平干渠渠內(nèi)黃河水呈靜水狀態(tài)時(shí)，水體中所含泥沙會(huì)沉積在渠底。為保證濟(jì)平干渠內(nèi)不形成持續(xù)性淤積，不影響南水北調(diào)輸水水質(zhì)，建議補(bǔ)水結(jié)束從東平湖調(diào)水沖渠，置換濟(jì)平干渠內(nèi)的黃河水。沖渠流量40 m3/s，沖渠時(shí)長(zhǎng)24 h，總沖渠水量為345.6萬m3。將渠內(nèi)留存的黃河水作為向小清河濟(jì)南市區(qū)段補(bǔ)源水量，改善小清河濟(jì)南市區(qū)段生態(tài)環(huán)境，亦可使黃河泥沙最終沿小清河排入大海。

4　結(jié)語

1）按工況1、2、3補(bǔ)水，沉沙東條渠出口（濟(jì)平干渠入口）含沙量最高允許值按干渠挾沙能力確定，分別為1.48 kg/m3、0.42 kg/m3、0.31 kg/m3，補(bǔ)水期間泥沙不會(huì)在濟(jì)平干渠內(nèi)淤積。

2）補(bǔ)水結(jié)束通過從東平湖調(diào)水沖渠，可以消除黃河水在濟(jì)平干渠內(nèi)靜止時(shí)可能落淤的影響。

3）利用濟(jì)平干渠向玉清湖水庫(kù)補(bǔ)水期間，在保證濟(jì)平干渠安全的前提下，建議盡量降低濟(jì)平干渠的補(bǔ)水水位，減小運(yùn)行水深，加大補(bǔ)水流速，以提高渠道的挾沙能力。

4）沉沙池運(yùn)行過程中應(yīng)每年清淤一次，可保證沉沙池沉沙效能滿足工程要求。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2015-08-07

張靈真（1978—），女，工程師