山西中部引黄工程取水口泥沙颗粒分析

马菲

（山西省中部引黄工程建设管理局，太原 030002）

山西中部引黄工程取水口泥沙颗粒分析

马菲

（山西省中部引黄工程建设管理局，太原 030002）

山西省中部引黄工程拟在黄河中游天桥水电站库区上游设取水口。对取水口附近泥沙进行测量并进行颗粒分析，从下游至上游依次选取6个施测点，悬沙垂向测点安排在0.2，0.6，0.8h位置。分析得出床沙与悬沙等7组样品的不均匀系数较为接近，除22#样品外，底沙不均匀系数普遍偏高。22#样品颗粒的粒径最大，分布最均匀。

中部引黄工程；泥沙；颗粒分析

1 取水口情况调杳

本工程取水口拟在黄河中游天桥水电站枢纽上游380m库区左岸。按引水工程要求，当黄河水日含沙量大于5kg/m3时，工程不引水，全年不引水天数分布在3月份凌汛期和7～9月份汛期，总计68d。

工程引水口选择在天桥水电站上游的左岸，距水库大坝0.38km。取水口左岸岸壁陡峭，岩体巨大，水边有岩体剥落的碎岩，形成狭窄的岸滩；左岸线凸向岸边，河势呈微弯形河道；取水口位于凹形岸线的迎流面一侧，取水口轴线与河道主流轴线交角70°。取水口设计为无压取水，设计最低取水位830.0m，最高取水位834.0m，设计取水流量23.55m3/s。

考虑取水口前的开挖和主河道流向的情况，在距天桥水库大坝0.5km选择采样点3处：1#采样点在沿进水塔轴线距进水口100m处，靠近主流区，主要反映主河道主流区进入取水口附近的泥沙情况；2#点在凹形岸线内近岸区，主要反映沿岸斜向进入取水口附近的泥沙情况；3#点在沿进水塔轴线距进水口20m处，主要反映正对进水口的泥沙情况。3个采样点均位于进水塔附近，基本反映出取水口附近的泥沙分布情况。在实际采样中由于取水口位置的改变和电站放水运行，水中准确定位困难，加测采样点4#，5#，6#，共计采样点6个。

2 泥沙颗粒分析

泥沙颗粒分析按照SL42—2010《河流泥沙颗粒分析规程》的要求与步骤进行。参考相关文献可知本次试验中样品整体颗粒较小，可以采用马尔文激光粒度仪（MS2000）测定颗粒组成。试验以水为分散介质进行湿法测试。

2.1 试验仪器

采用马尔文激光粒度仪（MS2000）与传统方法相比，具有高精度、高效率、高自动化程度的显著优势。

2.2 样品颗粒分析

试验共选定12个样品，其中包括6个悬沙样品与6个底沙样品。

表1提供了每个样品的测点信息、比表面积、界限粒径值。

表1 黄河泥沙样品试验信息

悬沙中值粒径0.0056~0.0103mm，最大粒径0.3631mm；底沙中值粒径0.0474~0.5506mm，最大粒径1.4454mm。

图2～图6分别列出6个样品颗粒分析试验结果。

图2 22#样品粒度分布曲线与粒级含量

图3 样品粒度分布曲线与粒级含量

图4 样品粒度分布曲线与粒级含量

图5 样品粒度分布曲线与粒级含量

图6 样品粒度分布曲线与粒级含量

图7给出样品的颗粒级配曲线汇总，可以看出，除22#底沙样品外，悬沙与底沙级配基本符合正态分布，悬沙粒径较底沙粒径更细、更均匀。底沙粒径分布与悬沙粒径分布相似。22#样品的采样点位于黄河沿岸靠近峭壁处，岩石剥落沉降于河底形成了粒径较大的颗粒。

图7 黄河泥沙样品激光测量级配曲线汇总

为将激光法与传统法的分析结果进行相互衔接，根据牛占等人在《激光粒度分布仪应用于黄河泥沙颗粒分析的实验研究》文中建立的黄河泥沙激光法传统法粒度级配的衔接互换关系，将样品的激光法级配结果向传统法进行转换。经过转换可提供颗粒大小分析试验转换结果，以2#悬沙样品、19#底沙样品为例，转换结果如表2。

表2 颗粒大小分析试验转换结果

粒级界限采用DL/T5089《水电水利工程泥沙设计规范》中条款，样品密度均匀，即小于某一粒径的泥沙占总泥沙的体积与其质量相同。2#样品中值粒径d50=6.779μm＜15μm，界定为细沙型，激光法与传统法颗粒累积级配相关关系为：

19#样品中值粒径d50=47.414μm＞40μm，界定为粗沙型，激光法与传统法颗粒累积级配相关关系为：

根据颗粒级配结果进行直线插值，得到样品的限制粒径d60和有效粒径d10，通过计算得到样品的不均匀系数如表3。

表3 黄河泥沙样品不均匀系数

续表3

由表3可以看出床沙与悬沙等6组样品的不均匀系数较为接近，除22#样品外，底沙不均匀系数普遍偏高。22#样品颗粒的粒径最大，分布最均匀。不均匀系数最大值为10.34，最小值为1.76，平均值为6.29。

3 结语

（1）出床沙与悬沙等7组样品的不均匀系数较为接近，除22#样品外，底沙不均匀系数普遍偏高。

（2）22#样品颗粒的粒径最大，分布最均匀。

（3）不均匀系数最大值为10.34，最小值为1.76，平均值为6.29。

（4）所得结果，对于研究取水口泥沙组成规律有重要意义，同时为泵站水泵选型等提供重要依据。

［1］杨廷瑞.高含沙引水淤灌的经济效益［J］.陕西水利，1986（5）：27-30.

［2］张德茹，梁志勇.黄河下游引水引沙与河道冲淤关系研究综述［J］.泥沙研究，1995（2）：32-42.

［3］许炯心.黄河中游支流悬移质粒度与含沙量、流量间的复杂关系［J］.地理研究，2003（1）：39-48.

［4］山西省水利水电勘测设计研究院.山西省中部引黄工程初步设计报告［R］.

［5］林秀芝，申冠卿，郭彦.山西省中部引黄取水条件及引沙状况分析［J］.人民黄河，2014（3）：67-69.

（责任编辑：姜彤宇）

Analysis of water sediment grain size of Yellow River diversion project water inlet in the middle of Shanxi Province

MA Fei
（Construction and Administration Bureau of Yellow River Diversion Project in the Middle of Shanxi Province，Taiyuan 030002，China）

The water inlet of the Yellow River diversion project in the middle of Shanxi Province are set up in the upstream of Tianqiao hydropower station in the middle reaches of the Yellow River.In this paper，the sediment near the water inlet is measured and the grain size is analyzed，six points are selected from downstream to upstream，the suspended sediment vertical measuring points are arranged to the relative depth at 0.2h，0.6h，0.8h.The results showed that non-uniform coefficient of seven group samples such as bed load and suspended sedi ment are relatively close，non-uniform coefficient of bottom sediment is generally high except the sample 22#.The grain size of sample 22#is the largest and its distribution is most uniform.

Yellow River diversion project at middle district；sediment；grain size analysis

P333.4；TV14

B

1672-9900（2017）01-0005-04

2016-11-07

马 菲（1983-），男（汉族），山西翼城人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工与管理工作，（Tel）13303433232。