沉沙池泥沙沉积规律分析及运用

鲍芳 王均乔

【摘要】本文对引黄济青工程沉沙池泥沙沉积规律进行了研究分析，并将分析结果应用于沉沙池泥沙处理工作中。这种泥沙处理方式对其他引黄工程沉沙池的运行具有一定的借鉴作用。

【关键词】沉沙池；沉积规律；分析；运用

山东省引黄济青工程是为解决青岛市严重缺水而兴建的跨流域、远距离大型调水工程。该工程从博兴县打渔张引黄闸引水，经输沙渠与沉沙池连接，使黄河水在沉沙池经过沉淀后以清水的形式进入输水河送至青岛市棘洪滩水库。引黄济青沉沙池是整个工程的关键部位，对沉沙池泥沙沉积规律进行分析研究并应用于实践中，具有十分重要的意义。

1、沉沙池概况

引黄济青工程沉沙池采用条渠形沉沙池。设计总沉沙面积36k㎡，设9个条渠分期使用，每条使用4-5年，总共可用40年。第一期修建2号沉沙池，为避免迁村困难，且有利于今后新村建设，2号沉沙池进口段进行调整，改由第一条渠进水。第一期工程修建第二、第三两隔堤，长度分别为5930m与6530m。为减轻与防止周边土地的洇碱，沿兩条隔堤的外侧分别开挖截渗沟。

2、原设计沉沙池淤积形态

2.1泥沙颗粒组成

黄河泥沙中数粒径随补给来源不同而不同，汛期以流域产沙补给为主，颗粒较细，中数粒径为0.022-0.029mm；非汛期以沿程河床泥沙补给为主，颗粒较粗，中数粒径为0.03-0.036mm。

2.2设计含沙量

引黄济青引水期（11月-翌年3月）设计平均含沙量为6.76kg/m3，控制引水含沙量不能大于30kg/m3。

2.3沉沙池淤积形态

沉沙池第一年自流沉沙拦沙308万m3，第二至第四年扬水沉沙拦沙882万m3。条渠淤积呈三角洲分布。

3、沉沙池运用情况

3.1沉沙池泥沙分析

每个引水年度结束后，在沉沙池上、中、下游取泥沙土样，分析淤积物颗粒组成。经分析沉沙池泥沙中值粒径上游为0.032mm，中游为0.097mm，下游为0.0llmm。基本符合设计规律。

3.2引水含沙量

选取前两年运行资料分析，引水最大含沙量为27.05kg/m3，平均引水含沙量5.84kg/m3。实测情况见下表。

年度 月 份

11月 12 1 2 3

设计 实测 设计 实测 设计 实测 设计 实测 设计 实测

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

从表中看出，仅有第一年度的1月份和第二年度的2月份实测值大于设计值，其他月份实测值均小于设计值。

3.3沉沙池淤积形态

引黄济青引水期结束后，进行沉沙池淤积量及淤积形态测量。第一年实测引进泥沙160.4万m3，实测淤积量163.89万m3，两数值接近。淤积断面图和淤积纵断面与设计比较，基本按设计规律进行，淤积三角洲顶点到达2+400断面处，实测三角洲前坡比降与设计相似。

3.3沉沙池的淤积速度

沉沙池淤积速度与引水含沙量有直接关系，多引水少引沙，淤积速度慢，沉沙池使用寿命长，来沙多则相反。对运行前两年引水引沙情况进行分析，第一年度比原设计多引水1.567亿m3，按设计含沙量计算，少引进泥沙24.52万m3；第二年度比原设计少引水1.223亿m3，按实际引水量设计含沙量计算，少引进泥沙12.68万m3。两年度总引水量为5.623亿m3，设计进沙量432.303万m3，实际引沙量262.90万m3，少进169.403万m3。引水量比原设计增加6.5%，引沙量比原设计减少6.7%，沉沙池淤积速度比原设计减缓。

3.4沉沙池的泥沙分布情况

1995年4月山东省水利勘测设计院对沉沙池进行淤积测量，根据实测淤积断面资料统计，沉沙池内共淤积泥沙737.49万m3，其

中上游158.53万m3，占21.5%；中游460.84万m3，占62.5%；下游118.12万m3，占16.0%。

4、沉沙池泥沙处理

4.1泥沙处理方式的确定

引黄引进的泥沙通过输沙渠送入沉沙池沉积。由于沉沙池进口水流突然扩散，水流挟沙能力突然变小，大部分泥沙沉在了进口，使沉沙池进口段淤积高程加剧上抬，经过三个引水年度运行，沉沙池进口段底高程达10.51m，与设计自流沉沙指标基本持平。通过对沉沙池泥沙沉积规律的研究分析，在泥沙处理方式上，决定采用“以挖待沉”方案，即将沉沙池内的泥沙清出，腾出库容沉积泥沙。通过对其他大型引黄灌区的考察和社会调查，决定采用多种清淤方式来探索“以挖待沉”方案的可行性。根据沉沙池泥沙土样淤积物颗粒组成分析，沉沙池上、中游泥沙中值粒径较粗，以粉细沙为主，沉积密度较松散，适合挖塘机作业。下游泥沙中值粒径较细，是以粘粒为主的淤泥，沉积密度较紧，淤土中杂草丛生，且常年有水，不适合挖塘机作业，只能采用挖泥船清淤。

4.2挖塘机内贴式清淤

挖塘机作业机动灵活，进出场方便快捷；排淤场围堰要求不高，可以分期填筑，大大降低围堰的填筑费用；各种施工条件要求不高，清淤综合单价较低。但挖塘机清淤受水位影响较大，无水不能干，水多了也不能干，并且运距较近，限制了挖塘机的使用范围。此种清淤方式持续运行8年，共处理泥沙477万m3，延长沉沙池使用寿命七年。

4.3挖泥船清淤

挖泥船清淤适合水下清淤，引水时不影响正常施工；清淤场地比较规整，没有挖塘机施工那样留下许多隔堰。但挖泥船清淤对排淤场围堰要求很高，需一次筑高，不能分期填筑，且围堰填筑标准要求高，否则在施工后期溃坝的危险性很大。且清淤单价较高。挖泥船清淤方式持续运行4年，共处理泥沙470万m3，延长沉沙池使用寿命六年。

4.4泥沙处理的效果

引黄泥沙的处理有史以来就是一大难题，大多采取“以挖待沉”方式，挖出泥沙大都堆在渠首，造成沙化，恶化了生态环境。为保护当地自然环境，保证弃淤场地不沙化，根据淤土颗粒组成，对达到淤积高程的弃淤场，及时种植各种树木，树间种植苜蓿，搞好水土资源开发。

5、结语

通过对沉沙池泥沙沉积规律进行分析研究，弄清各部位泥沙颗粒组成以及沉积量，合理确定沉沙池的清淤方式，保证了向青岛及工程沿线送水沉沙任务。沉沙池的泥沙处理科学规划，综合治理，基本消除了渠首沙化问题。整个沉沙池碧水蓝天、红花绿树、鸟语花香、环境优美，成为附近民众观光旅游的好去处