摘要：利用泥沙數學模型，對勝利油田耿井水庫2#沉沙池運行特性進行了系統分析。提出依據不同的引水含沙量條件，2#沉沙池實現轉圈沉沙的合理運行方式，成果包括一級泵站引水流量過程及歷時，二級泵站調整沉沙池出口水位過程及有效歷時。如果進一步考慮初期二級泵站即降低沉沙池出口運行水位，則可進一步增加引水歷時，提高沉沙池輸沙沉沙效果。計算結果與實際運行觀測結果，兩者可互相印證。運用數學模型分析泥沙輸移規律，可以預先選定沉沙池的進出口運行方式，同時為工程維護設計可行性提供一種論證途徑。

關鍵詞：沉沙池 運行 數學模型

1 前言

耿井水庫2#沉沙池采用轉圈沉沙模式，沉沙池沉沙同時，亦能蓄水，并隨著四周外堤淤高，蓄水容積不斷加大，平面呈現“回”形。該工程沉沙與造庫相結合，是勝利油田引黃取水新模式的試驗工程。勝利油田1999年完成了提高二級泵站提水能力的工程改造，并在進口右汊淤灘上開挖輸水主槽，使沉沙池單汊運行。進口附近200m長度范圍的灘面高程已達到6.2m，如果再淤高，水位將超過內堤堤頂高程，直接進入沉沙池內清水水庫。本研究采用泥沙數學模型計算手段，系統考慮了耿井水庫2#沉沙池工程的具體條件，對此運行問題加以分析論證。

2 模型方法

2.1 模型介紹[1，2]

本研究采用的是根據非均勻不平衡輸沙理論建立的河床沖淤演變數學模型。該模型經大量河道，水庫的實際工程檢驗，被證明是十分可信的。該模型計算包括水力因素計算、輸沙計算(含沙量，懸移質級配，淤積物級配)、河床變形計算。限于篇幅，具體方程形式在此不再詳細介紹。除上述有關方程外，尚有床沙分層模型，斷面修改模型等支持。

2.2 計算條件

沉沙池右汊長約2300m，總共計算斷面為11個。引水流量選為10m3/s。出口水位選定為6.0m，調整水位不低于5.5m。以20天運行為計算時間依據。參照主槽兩側擋水堤堤頂高程6.5m，依此計算確定安全運行歷時。以土渠渠道糙率0.017作為耿井2#沉沙池輸水主槽的糙率。懸移質級配采用長年觀測的汛期引黃泥沙平均級配。初始淤積灘槽被視為定床。新淤積物按床面交換層理論進行級配處理。采用水庫中挾沙力系數經驗取值。挾沙力系數選為0.03。

3 運行特性

3.1 輸水主槽適宜輸送20kg/m3含沙量水流

計算結果表明，含沙量為20kg/m3時，大部分泥沙堆積在樁號800～1100m段，可見已實現了沉沙池轉圈沉沙的目標。小于20kg/m3，20天所引進的泥沙量較少，最大淤積仍在400m樁號附近，向下推進的效果不明顯。大于20kg/m3，主槽內泥沙淤積加快，進口段水位迅速抬高，淤積靠上。

3.2 大含沙量引水將減小運行歷時

運行歷時結果如表１所列。流量為10m3/s，出口水位為6.0m條件下，含沙量超過20kg/m3時，歷時均達不到20天。引水含沙量越大，歷時越短，應該考慮改變運行，以延長沉沙池的運行時間。

3.3 加大引水流量有利于保證引水量但對沉沙效果作用不大

表1 不同來水來沙條件及出口水位沉沙池運行歷時

Operation duration of the basin in different caces 表內單位：天

流量

出口水位

含沙量(kg/m3)

(m3/s)

(m)

10

20

30

40

50

60

6

6.0

20

20

14

8

6

10

6.0

20

20

10

4

4

15

6.0

20

20

8

4

10

5.5

20

20

20

16

10

10

含沙量大于30 kg/m3，流量越大，運行時間反而縮短，但引水水量卻會增加。加大引水流量有利于保證引水量。但泥沙在上游段淤積加快。可見，除非對主槽適宜的含沙量條件，運行上通過加大引水流量對大含沙量水流泥沙向下游推進作用不大。

3.4 降低出口水位運行可延長引水歷時及增大主槽適宜的含沙量

向降低出口水位，主槽適宜輸送的水流含沙量可由20kg/m3提高到30kg/m3以上，運行時間也明顯加長。泥沙最大淤積部位由400m推進至800m樁號處。

4 運行方式

4.1 安全運行引水含沙量的過程

如圖1所，含沙量小于20 kg/m3，沉沙池可以維持20天安全運行。含沙量大于20 kg/m3，如以30 kg/m3為例，運行10天后，只有引水含沙量下降到10 kg/m3，沉沙池才可安全運行。20天內出現含沙量為40 kg/m3的時間應不超過6天；20天內出現50～60 kg/m3含沙量的時間應不超過4天。

4.2 單純調整引水流量的運行

以30 kg/m3為例，由圖2中曲線可知，運行10天后，一級泵站流量應減小至6m3/s，12天后，引水流量還應進一步減小。

圖 1 安全運行引水含沙量過程

Safe operation duration for different sediment concentration

40 kg/m3時，運行6天后，可維持2天小流量運行。由圖中60kg/m3曲線可知，60kg/m3時，運行4天后，即使小流量，也已無法再繼續運行。

圖 2 一級泵站安全運行流量過程及歷時

圖 3 安全運行出口水位過程及歷時

Processes of safe operation discharge and duration of the inlet

Processes of safe operation water level and duration of outlet

4.3 單純調整出口水位的運行

同樣以30 kg/m3為例，由圖3曲線可知，運行10天后，沉沙池出口水位應降至5.9m，16天后，出口水位還應進一步降低。40 kg/m3時，建議運行4天后，就降低出口水位至5.5m，這樣可維持14天的安全運行。當含沙量大于30 kg/m3，如果初期就低水位運行，維持沉沙池安全運行的時間還會加長。

5 結語

雖然計算無法先知實際出現的來水來沙情況，但仍可以依據計算結果，指導實際運行。如考慮主槽及擋水堤等工程具體條件，通過數模分析，選定二級泵站水位低于6.0m，監測進口水位及含沙量，當水位接近6.5m或來沙大于20 kg/m3，應調整運行[3]。說明數學模型可以為工程運行提供有用的數據。

參 考 文 獻

[1] 韓其為等。水庫淤積（第四冊）。長江流域規劃辦公室水文局，1980年3月。

[2] 戴清，王崇浩，韓其為。瀾滄江景洪至三道拐河段一維泥沙數學模型研究報告。中國水利水電科學研究院，1998年5月。

[3] 戴清，胡春宏等。勝利油田1999年引黃取水新模式實際運行效果觀測研究。中國水利水電科學研究院等，1999年10月。