引黃濟(jì)青工程輸水效率影響因素分析及優(yōu)化措施介紹

(山東省膠東調(diào)水局東營(yíng)分局，山東 廣饒 257300)

1 工程概況

引黃濟(jì)青工程是山東省境內(nèi)一項(xiàng)跨流域調(diào)水工程，主要任務(wù)是將黃河水引向青島，解決青島市工業(yè)和生活用水問(wèn)題，同時(shí)兼顧工程沿線高氟區(qū)生活用水及農(nóng)業(yè)用水，其中東營(yíng)轄段24km小清河子槽是控制輸水能力的重點(diǎn)渠道。小清河子槽設(shè)計(jì)指標(biāo)為底寬38m，邊坡系數(shù)3.0，河底比降1/14600，設(shè)計(jì)流量200m3/s，子槽出口處河底設(shè)計(jì)高程-1.20m，設(shè)計(jì)水深3.0m，設(shè)計(jì)水位5.05m，加大水位5.35m，設(shè)計(jì)流量36m3/s，加大流量49m3/s。調(diào)水運(yùn)行時(shí)，采用下節(jié)制閘壅高子槽水位，自流到明渠。為滿足膠東地區(qū)用水量需求，2017年在下節(jié)制閘處建設(shè)臨時(shí)泵站，從小清河子槽抽水入明渠，提高輸水流量。

目前，引黃濟(jì)青工程?hào)|營(yíng)段小清河子槽成為引黃濟(jì)青工程、山東省膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程、國(guó)家南水北調(diào)東線一期工程等三大調(diào)水工程的共用渠段，其重要程度不言而喻。

2 調(diào)度運(yùn)行情況

引黃濟(jì)青工程?hào)|營(yíng)段位于整個(gè)工程的中上游，無(wú)論引黃河水還是引長(zhǎng)江水，東營(yíng)段都處于全段運(yùn)行狀態(tài)。由于受小清河子槽34+024～38+691無(wú)子堤段大范圍的農(nóng)田鹽堿漬澇影響，小清河子槽的運(yùn)行水位需控制在4.5m以下，導(dǎo)致小清河子槽明渠出口處運(yùn)行水位偏低，輸水流量不超過(guò)33m3/s，達(dá)不到設(shè)計(jì)運(yùn)行指標(biāo)。

為緩解2014年以來(lái)膠東地區(qū)嚴(yán)重旱情，滿足日益增長(zhǎng)的供水需求，2017年3月在小清河子槽下節(jié)制閘的下游修建臨時(shí)泵站。臨時(shí)泵站運(yùn)行時(shí)，小清河子槽水位控制在4.2m左右，運(yùn)行流量35.5～40.0m3/s，出子槽明渠水位4.7～4.8m，低水位大流量運(yùn)行效果顯著。

下游輸水明渠段水位流量測(cè)量斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)為底寬14.2m，邊坡系數(shù)2.0，渠底比降1/20000，渠底高程1.15m，設(shè)計(jì)水位4.15m。據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)論采用自流運(yùn)行方式，還是泵站提水運(yùn)行方式，測(cè)站運(yùn)行水位均未達(dá)到設(shè)計(jì)水位4.15m。

引黃濟(jì)青改擴(kuò)建一期工程對(duì)節(jié)制閘下游5.1km明渠渠道襯砌進(jìn)行改建，增加預(yù)制板護(hù)底，改善輸水運(yùn)行水力條件。根據(jù)實(shí)際測(cè)流數(shù)據(jù)，按照明渠均勻流計(jì)算，改建后的渠道平均糙率約為0.016，較原設(shè)計(jì)值0.025大幅度減小，過(guò)流能力明顯提高，襯砌后的渠道見(jiàn)圖1。

圖1 襯砌后的明渠渠道

由此不難看出，小清河子槽的運(yùn)行狀況是影響東營(yíng)段輸水效率的關(guān)鍵。

3 原因分析

為盡可能增加調(diào)水量，小清河子槽常常高水位運(yùn)行。過(guò)高的水位致使子槽無(wú)堤壩段兩岸農(nóng)田鹽堿漬澇甚至淹沒(méi)，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。同時(shí)，高水位運(yùn)行增加了子槽堤防的安全隱患。經(jīng)研究分析造成以上現(xiàn)象的主要原因有以下幾方面。

3.1 地面沉降

經(jīng)過(guò)對(duì)小清河子槽沿線地面高程的測(cè)量，對(duì)比分析1999年與2016年小清河子槽沿線高程資料，發(fā)現(xiàn)小清河子槽平均下沉0.51m。輸水河樁號(hào)30+000～42+000段沉降量較大，沉降量為0.8～1.2m，樁號(hào)36+000～39+000段沉降量約為1.2m，局部下沉1.5m。輸水河整體下沉，輸水河兩端沉降量小，中間段沉降量大，改變了子槽原設(shè)計(jì)輸水比降，降低了子槽的過(guò)流能力。

3.2 子槽淤積

自1989年引黃濟(jì)青工程運(yùn)行至今，小清河子槽未進(jìn)行系統(tǒng)的清淤。隨著調(diào)水量不斷加大，攜沙量也不斷增大。渠首沉沙條渠運(yùn)行多年，沉沙條渠有效寬度不斷減少，泥沙大多沉積在子槽中。據(jù)初步測(cè)算子槽淤積深度在1.5m左右，淤積量約為200萬(wàn)m3。因此，泥沙淤積改變了子槽輸水條件，從而影響子槽過(guò)流能力。

3.3 橋梁阻水

為方便沿線村民交通往來(lái)，在子槽河上修建多處生產(chǎn)橋。有些生產(chǎn)橋破舊低矮，高水位運(yùn)行時(shí)，水面大多高于橋底甚至淹沒(méi)橋面，嚴(yán)重阻水，從而影響子槽過(guò)流能力。且在引黃濟(jì)青工程建成后修建的橋梁，均采用水中筑島方式施工，工程完畢后，清理筑島土方不徹底，圍堰阻水明顯。

3.4 沿線無(wú)序取水

輸水河兩岸農(nóng)田較多，沿線百姓偷水搶水現(xiàn)象嚴(yán)重。特別是在灌溉季節(jié)，私自抽水行為嚴(yán)重影響了調(diào)度運(yùn)行工作。由于小清河子槽建于20世紀(jì)70年代，沿線百姓使用子槽水源灌溉已成習(xí)慣。加上老百姓基本沒(méi)有水權(quán)概念，水權(quán)管理工作收效甚微。近年來(lái)，小清河子槽沿線由當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)政府投資建設(shè)了多座農(nóng)田灌溉設(shè)施，隨意取水灌溉的行為愈發(fā)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，小清河子槽東營(yíng)段農(nóng)田灌溉揚(yáng)水站共9處，總流量約為7m3/s。根據(jù)2017年情況統(tǒng)計(jì)，小清河子槽東營(yíng)段全年灌溉取水量約為1000萬(wàn)m3，而2017年?yáng)|營(yíng)段總過(guò)水量約10億m3，損失水量約為1%。

3.5 調(diào)度方式單一

引黃濟(jì)青工程和膠東地區(qū)引黃調(diào)水工程輸水線路長(zhǎng)，同時(shí)調(diào)引長(zhǎng)江水和黃河水時(shí)存在匯水和分水問(wèn)題，且工程在運(yùn)行過(guò)程中穿過(guò)多座建筑物，經(jīng)過(guò)眾多分水口，采用單一的流量增減調(diào)度方式同樣影響輸水效率。在此種調(diào)度運(yùn)行方式下，各分水口分水流量的增減會(huì)對(duì)運(yùn)行水位產(chǎn)生較大影響。以東營(yíng)段為例，在工程現(xiàn)狀條件下，以自流模式運(yùn)行，出小清河子槽處與預(yù)備河倒虹進(jìn)口水位差在0.9～1.05m范圍變動(dòng)，而設(shè)計(jì)值為0.9m，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水頭差比設(shè)計(jì)值稍大。小清河子槽運(yùn)行水位達(dá)不到設(shè)計(jì)水位時(shí)，過(guò)大的水頭差使下游渠道水位偏低，甚至影響到壽光段宋莊泵站運(yùn)行，致使其前池水位偏低，從而影響輸水效率。

4 解決措施

4.1 工程措施

對(duì)于小清河子槽東營(yíng)段目前存在的問(wèn)題，采取工程措施是最有效的解決方式。結(jié)合近年來(lái)子槽運(yùn)行情況和現(xiàn)狀，提出以下幾種改造思路。

4.1.1 改造子槽

為保證小清河子槽在設(shè)計(jì)水位下運(yùn)行，需根據(jù)子槽地形地貌情況，對(duì)小清河子槽無(wú)子堤段采取筑堤、防滲、加擋水墻和挖排水溝等工程措施，將子槽段全部建設(shè)成有子堤的河道。在對(duì)小清河子槽進(jìn)行改造的同時(shí)需要考慮子堤的安全、防滲以及工程沿線農(nóng)田排水等問(wèn)題。

筑堤改造是提高子槽輸水能力，保障工程運(yùn)行安全最有效的途徑。但是，從工程量、成本投資以及移民遷占等方面考慮，其工程規(guī)模較大(依據(jù)目前有關(guān)資料，無(wú)子堤段筑堤高度在1.5m左右)，涉及范圍較廣，一次性投入較高。

4.1.2 新建泵站

2017年3月，為緩解膠東青煙威濰四個(gè)地市嚴(yán)峻缺水局面，在小清河子槽下節(jié)制閘后實(shí)施了抗旱應(yīng)急調(diào)水臨時(shí)泵站工程。泵站采用900QZ-85型潛水軸流泵，轉(zhuǎn)速480r/min，單機(jī)流量2.4m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.5m，配套功率160kW。泵站安裝水泵23臺(tái)，總裝機(jī)容量3680kW，泵站設(shè)計(jì)流量36m3/s，總裝機(jī)流量48m3/s，臨時(shí)泵站運(yùn)行情況見(jiàn)圖2。臨時(shí)泵站投入運(yùn)行以來(lái)，較好地解決了大流量輸水的問(wèn)題，輸水能力顯著提高，也有效減少了高水位運(yùn)行對(duì)沿線農(nóng)田的危害。但是，在小清河子槽沉降最為嚴(yán)重的地段仍有部分農(nóng)田存在鹽堿漬澇情況，農(nóng)田鹽堿漬澇問(wèn)題未得到徹底解決。

圖2 新建的臨時(shí)泵站實(shí)景

因此，在下節(jié)制閘處建設(shè)泵站，采用提水方式輸水可以增加調(diào)水量，有效降低子槽運(yùn)行水位，是一種提高輸水效率的可行方式，但需考慮小清河子槽上游無(wú)子堤段的防滲和農(nóng)田排水問(wèn)題。

另外，可在泵站出水池?fù)跛咛幐慕ü?jié)制閘，通過(guò)節(jié)制閘和泵站的靈活運(yùn)用，在長(zhǎng)期的低水位(4.3m以下)、小流量(流量不超過(guò)30m3/s)運(yùn)行時(shí)，采用自流方式輸水。在需要大流量運(yùn)行時(shí)，采用泵站提水運(yùn)行。這樣，調(diào)度運(yùn)行方式更加靈活，節(jié)省運(yùn)行成本，并且利于泵站檢修維護(hù)，但是同樣需考慮子槽上游無(wú)子堤段的防滲和農(nóng)田排水問(wèn)題。

4.2 優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行方式

合理有效的調(diào)度運(yùn)行方式能夠減小水位波動(dòng)，提高輸水效率，保障渠道安全高效運(yùn)行。針對(duì)引黃濟(jì)青工程現(xiàn)狀，利用已有運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行方案。尤其是引黃濟(jì)青工程改擴(kuò)建后，明渠的水力邊界條件發(fā)生變化，水力要素也發(fā)生了變化，過(guò)流能力明顯增強(qiáng)。在新的運(yùn)行條件下，應(yīng)對(duì)調(diào)度運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，建立以泵站運(yùn)行為核心，閘站運(yùn)行協(xié)調(diào)控制的模式。

引黃濟(jì)青工程?hào)|營(yíng)段改擴(kuò)建后，根據(jù)實(shí)際測(cè)流數(shù)據(jù)，按照明渠均勻流考慮，利用2016年和2017年有關(guān)實(shí)際測(cè)流數(shù)據(jù)計(jì)算，渠道的糙率約為0.016，較設(shè)計(jì)值0.025小很多，按原設(shè)計(jì)糙率和水力條件計(jì)算，設(shè)計(jì)水深為3.0m時(shí)，過(guò)流量為36m3/s；以目前的糙率計(jì)算，設(shè)計(jì)水深為3.0m時(shí)，過(guò)流量為45.2m3/s；實(shí)際過(guò)流能力增加9.2m3/s。另外，改擴(kuò)建后，在設(shè)計(jì)流量不變的情況下，設(shè)計(jì)水深為2.7m就能滿足過(guò)流要求，較原設(shè)計(jì)水深3.0m減少0.3m。鑒于此，在自流狀態(tài)下，預(yù)備河倒虹進(jìn)口前渠段高水位運(yùn)行，利用等容量控制運(yùn)行方式調(diào)節(jié)宋莊泵站前閘站，可為宋莊泵站的運(yùn)行提供合適的運(yùn)行條件，即通過(guò)控制預(yù)備河倒虹閘門(mén)來(lái)縮小小清河子槽和預(yù)備河倒虹進(jìn)口的水頭差，將其兩端水頭差縮小至0.4m左右。從而為提高下游塌河倒虹以及宋莊泵站前池水位創(chuàng)造有利條件，以提高輸水效率。

4.3 加強(qiáng)管理，嚴(yán)格執(zhí)法

加強(qiáng)調(diào)度運(yùn)行期間的工程管理，維護(hù)調(diào)度運(yùn)行秩序同樣是運(yùn)行安全和運(yùn)行質(zhì)量的基礎(chǔ)保證。持久、多種形式深入工程沿線村鎮(zhèn)，廣泛宣傳有關(guān)于膠東調(diào)水工程的法律法規(guī)，讓工程沿線人民群眾真正了解膠東調(diào)水工程的現(xiàn)實(shí)作用，明白膠東調(diào)水工程禁止性事項(xiàng)。完善和加強(qiáng)東營(yíng)分局水政監(jiān)察大隊(duì)組織建設(shè)，根據(jù)相關(guān)管理?xiàng)l例將水政執(zhí)法落到實(shí)處，真正做到依法管理。除日常執(zhí)法行動(dòng)外，還應(yīng)進(jìn)行不定期的重點(diǎn)執(zhí)法行動(dòng)以及同其他部門(mén)的聯(lián)合執(zhí)法行動(dòng)。依法取締沿線抽水偷水等違法行為，對(duì)污染水質(zhì)、破壞水環(huán)境等水事違法行為更要聯(lián)合地方環(huán)保、公安部門(mén)予以堅(jiān)決打擊。

在調(diào)度運(yùn)行工作的實(shí)施過(guò)程中結(jié)合工程情況、運(yùn)行狀況、水情水質(zhì)等考核項(xiàng)目進(jìn)行量化考核。建立調(diào)度運(yùn)行情況考核機(jī)制，綜合考察調(diào)度運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中的輸水量與運(yùn)行成本的關(guān)系。根據(jù)運(yùn)行情況反饋，選擇合理的運(yùn)行方案，并考核方案落實(shí)情況。通過(guò)制度建設(shè)，強(qiáng)化執(zhí)行監(jiān)督考核，提高輸水效率。

5 結(jié) 語(yǔ)

膠東地區(qū)作為山東省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，水資源供需矛盾突出，人均水資源量不到全國(guó)人均占有量的20%，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。目前，外調(diào)客水已成為促進(jìn)膠東地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，增加調(diào)水規(guī)模，提高輸水效率刻不容緩。采取一系列的措施，使引黃濟(jì)青工程小清河子槽輸水流量達(dá)到36～37m3/s，最大流量達(dá)到40m3/s，流量比以往至少增加了4m3/s，一天可多輸水35萬(wàn)m3，為膠東地區(qū)的持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的水源支撐，效果明顯，意義重大。