沉沙池泥沙沉積規(guī)律分析及運(yùn)用

鮑芳 王均喬

【摘要】本文對(duì)引黃濟(jì)青工程沉沙池泥沙沉積規(guī)律進(jìn)行了研究分析，并將分析結(jié)果應(yīng)用于沉沙池泥沙處理工作中。這種泥沙處理方式對(duì)其他引黃工程沉沙池的運(yùn)行具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】沉沙池；沉積規(guī)律；分析；運(yùn)用

山東省引黃濟(jì)青工程是為解決青島市嚴(yán)重缺水而興建的跨流域、遠(yuǎn)距離大型調(diào)水工程。該工程從博興縣打漁張引黃閘引水，經(jīng)輸沙渠與沉沙池連接，使黃河水在沉沙池經(jīng)過沉淀后以清水的形式進(jìn)入輸水河送至青島市棘洪灘水庫(kù)。引黃濟(jì)青沉沙池是整個(gè)工程的關(guān)鍵部位，對(duì)沉沙池泥沙沉積規(guī)律進(jìn)行分析研究并應(yīng)用于實(shí)踐中，具有十分重要的意義。

1、沉沙池概況

引黃濟(jì)青工程沉沙池采用條渠形沉沙池。設(shè)計(jì)總沉沙面積36k㎡，設(shè)9個(gè)條渠分期使用，每條使用4-5年，總共可用40年。第一期修建2號(hào)沉沙池，為避免遷村困難，且有利于今后新村建設(shè)，2號(hào)沉沙池進(jìn)口段進(jìn)行調(diào)整，改由第一條渠進(jìn)水。第一期工程修建第二、第三兩隔堤，長(zhǎng)度分別為5930m與6530m。為減輕與防止周邊土地的洇堿，沿兩條隔堤的外側(cè)分別開挖截滲溝。

2、原設(shè)計(jì)沉沙池淤積形態(tài)

2.1泥沙顆粒組成

黃河泥沙中數(shù)粒徑隨補(bǔ)給來源不同而不同，汛期以流域產(chǎn)沙補(bǔ)給為主，顆粒較細(xì)，中數(shù)粒徑為0.022-0.029mm；非汛期以沿程河床泥沙補(bǔ)給為主，顆粒較粗，中數(shù)粒徑為0.03-0.036mm。

2.2設(shè)計(jì)含沙量

引黃濟(jì)青引水期（11月-翌年3月）設(shè)計(jì)平均含沙量為6.76kg/m3，控制引水含沙量不能大于30kg/m3。

2.3沉沙池淤積形態(tài)

沉沙池第一年自流沉沙攔沙308萬(wàn)m3，第二至第四年揚(yáng)水沉沙攔沙882萬(wàn)m3。條渠淤積呈三角洲分布。

3、沉沙池運(yùn)用情況

3.1沉沙池泥沙分析

每個(gè)引水年度結(jié)束后，在沉沙池上、中、下游取泥沙土樣，分析淤積物顆粒組成。經(jīng)分析沉沙池泥沙中值粒徑上游為0.032mm，中游為0.097mm，下游為0.0llmm?；痉显O(shè)計(jì)規(guī)律。

3.2引水含沙量

選取前兩年運(yùn)行資料分析，引水最大含沙量為27.05kg/m3，平均引水含沙量5.84kg/m3。實(shí)測(cè)情況見下表。

年度 月 份

11月 12 1 2 3

設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè) 設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè) 設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè) 設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè) 設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè)

值 值 值 值 值 值 值 值 值 值

一年度 14.18 5.79 4.78 3.54 3.17 3.27 3.58 2.86 8.26 6.49

二年度 14.1 --- 4.78 3.77 3.17 2.53 3.58 6.08 8.26 7.98

從表中看出，僅有第一年度的1月份和第二年度的2月份實(shí)測(cè)值大于設(shè)計(jì)值，其他月份實(shí)測(cè)值均小于設(shè)計(jì)值。

3.3沉沙池淤積形態(tài)

引黃濟(jì)青引水期結(jié)束后，進(jìn)行沉沙池淤積量及淤積形態(tài)測(cè)量。第一年實(shí)測(cè)引進(jìn)泥沙160.4萬(wàn)m3，實(shí)測(cè)淤積量163.89萬(wàn)m3，兩數(shù)值接近。淤積斷面圖和淤積縱斷面與設(shè)計(jì)比較，基本按設(shè)計(jì)規(guī)律進(jìn)行，淤積三角洲頂點(diǎn)到達(dá)2+400斷面處，實(shí)測(cè)三角洲前坡比降與設(shè)計(jì)相似。

3.3沉沙池的淤積速度

沉沙池淤積速度與引水含沙量有直接關(guān)系，多引水少引沙，淤積速度慢，沉沙池使用壽命長(zhǎng)，來沙多則相反。對(duì)運(yùn)行前兩年引水引沙情況進(jìn)行分析，第一年度比原設(shè)計(jì)多引水1.567億m3，按設(shè)計(jì)含沙量計(jì)算，少引進(jìn)泥沙24.52萬(wàn)m3；第二年度比原設(shè)計(jì)少引水1.223億m3，按實(shí)際引水量設(shè)計(jì)含沙量計(jì)算，少引進(jìn)泥沙12.68萬(wàn)m3。兩年度總引水量為5.623億m3，設(shè)計(jì)進(jìn)沙量432.303萬(wàn)m3，實(shí)際引沙量262.90萬(wàn)m3，少進(jìn)169.403萬(wàn)m3。引水量比原設(shè)計(jì)增加6.5%，引沙量比原設(shè)計(jì)減少6.7%，沉沙池淤積速度比原設(shè)計(jì)減緩。

3.4沉沙池的泥沙分布情況

1995年4月山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)沉沙池進(jìn)行淤積測(cè)量，根據(jù)實(shí)測(cè)淤積斷面資料統(tǒng)計(jì)，沉沙池內(nèi)共淤積泥沙737.49萬(wàn)m3，其

中上游158.53萬(wàn)m3，占21.5%；中游460.84萬(wàn)m3，占62.5%；下游118.12萬(wàn)m3，占16.0%。

4、沉沙池泥沙處理

4.1泥沙處理方式的確定

引黃引進(jìn)的泥沙通過輸沙渠送入沉沙池沉積。由于沉沙池進(jìn)口水流突然擴(kuò)散，水流挾沙能力突然變小，大部分泥沙沉在了進(jìn)口，使沉沙池進(jìn)口段淤積高程加劇上抬，經(jīng)過三個(gè)引水年度運(yùn)行，沉沙池進(jìn)口段底高程達(dá)10.51m，與設(shè)計(jì)自流沉沙指標(biāo)基本持平。通過對(duì)沉沙池泥沙沉積規(guī)律的研究分析，在泥沙處理方式上，決定采用“以挖待沉”方案，即將沉沙池內(nèi)的泥沙清出，騰出庫(kù)容沉積泥沙。通過對(duì)其他大型引黃灌區(qū)的考察和社會(huì)調(diào)查，決定采用多種清淤方式來探索“以挖待沉”方案的可行性。根據(jù)沉沙池泥沙土樣淤積物顆粒組成分析，沉沙池上、中游泥沙中值粒徑較粗，以粉細(xì)沙為主，沉積密度較松散，適合挖塘機(jī)作業(yè)。下游泥沙中值粒徑較細(xì)，是以粘粒為主的淤泥，沉積密度較緊，淤土中雜草叢生，且常年有水，不適合挖塘機(jī)作業(yè)，只能采用挖泥船清淤。

4.2挖塘機(jī)內(nèi)貼式清淤

挖塘機(jī)作業(yè)機(jī)動(dòng)靈活，進(jìn)出場(chǎng)方便快捷；排淤場(chǎng)圍堰要求不高，可以分期填筑，大大降低圍堰的填筑費(fèi)用；各種施工條件要求不高，清淤綜合單價(jià)較低。但挖塘機(jī)清淤受水位影響較大，無(wú)水不能干，水多了也不能干，并且運(yùn)距較近，限制了挖塘機(jī)的使用范圍。此種清淤方式持續(xù)運(yùn)行8年，共處理泥沙477萬(wàn)m3，延長(zhǎng)沉沙池使用壽命七年。

4.3挖泥船清淤

挖泥船清淤適合水下清淤，引水時(shí)不影響正常施工；清淤場(chǎng)地比較規(guī)整，沒有挖塘機(jī)施工那樣留下許多隔堰。但挖泥船清淤對(duì)排淤場(chǎng)圍堰要求很高，需一次筑高，不能分期填筑，且圍堰填筑標(biāo)準(zhǔn)要求高，否則在施工后期潰壩的危險(xiǎn)性很大。且清淤單價(jià)較高。挖泥船清淤方式持續(xù)運(yùn)行4年，共處理泥沙470萬(wàn)m3，延長(zhǎng)沉沙池使用壽命六年。

4.4泥沙處理的效果

引黃泥沙的處理有史以來就是一大難題，大多采取“以挖待沉”方式，挖出泥沙大都堆在渠首，造成沙化，惡化了生態(tài)環(huán)境。為保護(hù)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境，保證棄淤場(chǎng)地不沙化，根據(jù)淤土顆粒組成，對(duì)達(dá)到淤積高程的棄淤場(chǎng)，及時(shí)種植各種樹木，樹間種植苜蓿，搞好水土資源開發(fā)。

5、結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)沉沙池泥沙沉積規(guī)律進(jìn)行分析研究，弄清各部位泥沙顆粒組成以及沉積量，合理確定沉沙池的清淤方式，保證了向青島及工程沿線送水沉沙任務(wù)。沉沙池的泥沙處理科學(xué)規(guī)劃，綜合治理，基本消除了渠首沙化問題。整個(gè)沉沙池碧水藍(lán)天、紅花綠樹、鳥語(yǔ)花香、環(huán)境優(yōu)美，成為附近民眾觀光旅游的好去處