2018—2019年引黄入冀补淀工程沉沙池运行效果分析

袁榆梁 应乃武 张文虎 计炳生 刘香君 陈萌

摘 要：引黄入冀补淀工程对雄安新区水资源供给有重要作用，其沉沙池的运行效果直接影响工程的正常运行。根据2018—2019年泥沙监测断面所测含沙量数据，综合分析清池周期、沉沙率、来沙系数和输沙率的变化规律，发现沉沙池的沉沙率为95.56%，远高于80%～85%的设计标准;沉沙池来沙量为81.7万t、沉沙78.07万t，沉沙效果较好;沉沙池淤满时间约为3.6 a，清池周期适中，使用效果较好。

关键词：沉沙池;含沙量;运行效果;引黄入冀补淀工程

中图分类号：TV146

文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.12.025

引用格式：袁榆梁，应乃武，张文虎，等.2018—2019年引黄入冀补淀工程沉沙池运行效果分析[J].人民黄河，2021，43（12）：128-130.

Abstract： The Yellow River-to-Baiyangdian Water Transfer Project plays an important role in ensuring the supply of water resources in the Xiongan New Area， and the operation effect of the settling basin directly affects the normal operation of the project. Based on the data of sediment concentration measured in the sediment monitoring section from 2018 to 2019， a comprehensive analysis of the variation rules of basin clearing cycle， sediment settling rate， sediment inflow coefficient and sediment transport rate shows that the sediment settling rate of the basin is 95.56%， which is much higher than the design standard of 80%-85%. The sediment amount of settling basin is 817 000 tons and settling sediment is 780 700 tons， and the settling effect is good. The sedimentation basin will be filled up in 3.6 years， the cleaning cycle is moderate， and the use effect is fine.

Key words： sedimentation basin; sediment concentration; operation effect; Yellow River-to-Baiyangdian Water Transfer Project

引黃入冀补淀工程作为国务院确定的节水供水重大水利工程，是国家战略工程，也是保障雄安新区建设对白洋淀水位、水量要求的最重要、最有效的外流域调水工程。该工程通水后，不仅可以有效改善白洋淀和雄安新区的生态环境，还将大力缓解河北省中南部地区农业严重缺水矛盾，为当地经济社会发展注入强劲活力。为保障工程良好运行，需要对沉沙池的运行效果进行分析，该工程规模大、涉及内容多，许多学者开展了大量研究：胡松可等[1]指出来水流量影响沉沙率，华根福等[2]提出了计算沉沙池泥沙沉降率时把沉沙池工作段分为若干个间距较小的计算池段，王开拓等[3]给出了沉沙率计算公式，贾艳霞等[4]指出了沉沙池的沉沙率与沉沙池尺寸的关系及沉沙池的尺寸与沉沙粒径的关系，他们都提到沉沙率但未给出明确的概念。张洪记等[5]研究了柳洪水电站沉沙池沉沙与水库沉沙两种方式的水库运行方式和沉沙效果，杨晓军[6]从泥沙分布和沿程含沙量变化分析传统沉沙池和新型沉沙池的沉沙效果，殷杰等[7]提出水流情况影响沉沙池的沉沙效果，他们都分析了影响沉沙池沉沙效果的因素，但是都未考虑来沙系数。张庄[8]提出沉淀效果的计算公式Z=（Fin-Fout/Fin，Fin及Fout分别为通过进口及出口断面的悬浮物质量通量，汤骅等[9]研究了新型微灌沉沙池沉沙效率，他们为工程沉沙池的研究提供了参考，但是未分析来沙系数和输沙率对沉沙率的影响。鉴于此，笔者分析引黄入冀补淀工程沉沙池的清池周期、沉沙率和来沙系数，进而分析引黄入冀补淀沉沙池运行效果。

1 工程概况

引黄入冀补淀工程自河南省境内黄河下游渠村闸口引水，主输水线路总长482 km，南起濮阳县渠村引黄闸，北至白洋淀，沿线经过河南和河北两省的濮阳市、沧州市、邯郸市、衡水市、邢台市、保定市，最终到达雄安新区东南部的白洋淀。黄河是一条多泥沙河流，引水必然引沙。引黄入冀补淀工程新建沉沙池位于濮阳县渠村乡南湖村、巴寨村、安邱村和海通乡甘称湾村，占地174.8 hm2，长2 500 m，宽1 000 m，开挖土方713万m3，沉沙池设计每年泥沙淤积约193万m3。

沉沙池按条渠梭形布置，设2个条渠，用于沉淀水中大于规定粒径的有害泥沙，使水的含沙量符合水质要求并与下游渠道挟沙能力相适应[10]。每个条渠宽约450 m，设计水深5.2 m，单条渠蓄水量约350万m3。沉沙池在水流较紊乱、水流流速不均、横向环流及纵向环流等条件下不利于泥沙沉降[11]，水流进入沉沙池后，流速显著减小，使得水流挟沙能力降低，从而改变了原有水流泥沙运动的状态[12]，达到沉沙的目的。

2 沉沙池泥沙监测断面布置情况

2.1 监测断面

引黄入冀补淀工程河南段平面布设见图1。以掌握沉沙池沉沙效果为目标，在流量监测断面设置含沙量监测设备，掌握沉沙池前后含沙量变化情况。泥沙测验是输水调度、沉沙池沉沙效果分析的重要依据，根据布设原则，本文研究共布设2个泥沙监测断面，分别是南湖和甘称湾断面。南湖断面位于濮阳县渠村乡南湖村，在沉沙池的进口位置;甘称湾断面位于濮阳县海通乡甘称湾村，在沉沙池的出口位置。

2.2 监测方法

2018年11月29日—2019年3月17日输水期间（以下简称输水监测期间），在南湖断面与甘称湾断面采用瓶式采样器积深法进行沙样采集，采集的沙样用烘干称重法进行称重，对断面的日均流量、悬移质含沙量和悬移质输沙率实施监测。每日悬移质含沙量监测不少于1次，悬移质输沙率每7～10 d施测1次，断面测沙垂线不少于6条。含沙量共测验193次，其中南湖断面98次，甘称湾断面95次;输沙率共测验29次，其中南湖断面15次，甘称湾断面14次。

3 沉沙池运行效果分析

沉沙池运行效果受清池周期、沉沙率和来沙系数等因素影响，当清池周期适中、沉沙率较大、进口来沙系数较大和出口来沙系数较小时，沉沙池运行效果较好。

3.1 清池周期

对引黄入冀补淀工程沉沙池使用效果可以从清池周期分析，如果该沉沙池清池周期在2 a内，说明淤积过快，沉沙效果较差;2～5 a，说明清池周期合适，效果较好;5 a以上，说明日常沉沙过慢，难以满足运行要求，沉沙效果较差。

引黄入冀补淀沉沙池设计为双条渠，沉沙池容积约为795万m3，输水监测期间沉沙池内泥沙淤积体积约55.7万m3，推算一年约为223万m3，沉沙池淤满时间约为3.6 a，因此该沉沙池清池周期适中，使用效果较好。

3.2 沉沙率

2018年11月29日到2018年12月17日，沉沙池的入口输沙率逐渐增大，沉沙池逐渐蓄满，沉沙率逐漸增大;来沙系数波动性较大，2018年12月3日来沙系数达到最大值，为1.757 kg·s/m6;此时段来沙系数较大，沉沙池的泥沙含量逐渐增大，沉沙池的淤积沉沙效果较好。2018年12月26日到2019年1月24日沉沙池输沙率趋于稳定，沉沙效果达到最好状态。

输水监测期间沉沙池出口处的输沙率和来沙系数都处于稳定且较低的状态，说明沉沙池内泥沙淤积效果较好，沉沙池的沉沙效果较好。

4 结 论

根据2018—2019年实测泥沙资料分析引黄入冀补淀沉沙池运行效果，主要结论如下：

（1）从清池周期来看，沉沙池清池周期适中，沉沙池使用效果较好;

（2）从沉沙率来看，整个输水期间泥沙进入沉沙池81.70万t，出沉沙池3.63万t，即78.07万t泥沙淤在沉沙池，沉沙率为95.56%，远大于沉沙率80%～85%的设计要求，沉沙效果较好;

（3）从来沙系数和输沙率来看，输水监测期间沉沙池入口处的来沙系数和输沙率前期较高，后期趋于稳定，沉沙池出口处的输沙率和来沙系数都处于稳定且较低的状态，沉沙效果较好。

参考文献：

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[2] 华根福，刘焕芳，汤骅，等.沉沙池泥沙沉降率的计算与试验研究[J].人民黄河，2010，32（10）：49-51，54.

[3] 王开拓，王银涛.滴灌系统首部沉沙池沉沙效果试验研究[J].甘肃水利水电技术，2019，55（8）：36-40.

[4] 贾艳霞，白寅虎，贾艳梅.滴灌系统首部沉沙池沉沙效果试验研究[J].南水北调与水利科技，2013，11（2）：100-102.

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[12] 吕会娇，王英伟，郑慧洋，等.LAWI水电站取水防沙及沉沙池沉沙冲沙试验研究[J].中国农村水利水电，2020（7）：173-176，184.

[13] 穆伟.关于实施引黄入冀补淀沉沙池“地水泥光风”立体生态综合利用的思考与建议[N].濮阳日报，2019-11-27（4）.

【责任编辑 张华岩】