勝利油田引黃沉沙池運行方式數(shù)學(xué)模型分析研究

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

1、前言

　　耿井水庫2#沉沙池采用轉(zhuǎn)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(xiàn)“回”形。該工程沉沙與造庫相結(jié)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(jìn)口右汊淤灘上開挖輸水主槽，使沉沙池單汊運行。進(jìn)口附近200m長度范圍的灘面高程已達(dá)到6.2m，如果再淤高，水位將超過內(nèi)堤堤頂高程，直接進(jìn)入沉沙池內(nèi)清水水庫。本研究采用泥沙數(shù)學(xué)模型計算手段，系統(tǒng)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(jù)非均勻不平衡輸沙理論建立的河床沖淤演變數(shù)學(xué)模型。該模型經(jīng)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(zhì)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(xì)介紹。除上述有關(guān)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(diào)整水位不低于5.5m.以20天運行為計算時間依據(jù)。參照主槽兩側(cè)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(zhì)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(jìn)行級配處理。采用水庫中挾沙力系數(shù)經(jīng)驗取值。挾沙力系數(shù)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(jié)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(xiàn)了沉沙池轉(zhuǎn)圈沉沙的目標(biāo)。小于20kg/m³，20天所引進(jìn)的泥沙量較少，最大淤積仍在400m樁號附近，向下推進(jìn)的效果不明顯。大于20kg/m³，主槽內(nèi)泥沙淤積加快，進(jìn)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(jié)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(dá)不到20天。引水含沙量越大，歷時越短，應(yīng)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

　　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(jìn)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(jìn)至800m樁號處。

　　4、運行方式

　　4.1 安全運行引水含沙量的過程

　　4.2 單純調(diào)整引水流量的運行

　　4.3 單純調(diào)整出口水位的運行

　　同樣以30kg/m³為例，由圖3曲線可知，運行10天后，沉沙池出口水位應(yīng)降至5.9m，16天后，出口水位還應(yīng)進(jìn)一步降低。40kg/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(dāng)含沙量大于30kg/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(jié)語

　　雖然計算無法先知實際出現(xiàn)的來水來沙情況，但仍可以依據(jù)計算結(jié)果，指導(dǎo)實際運行。如考慮主槽及擋水堤等工程具體條件，通過數(shù)模分析，選定二級泵站水位低于6.0m，監(jiān)測進(jìn)口水位及含沙量，當(dāng)水位接近6.5m或來沙大于20 kg/m³，應(yīng)調(diào)整運行[3].說明數(shù)學(xué)模型可以為工程運行提供有用的數(shù)據(jù)。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 韓其為等。水庫淤積（第四冊）。長江流域規(guī)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(shù)學(xué)模型研究報告。中國水利水電科學(xué)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(xué)研究院等，1999年10月。