勝利油田引黃沉沙池運(yùn)行方式數(shù)學(xué)模型分析研究

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1、前言

　　耿井水庫(kù)2#沉沙池采用轉(zhuǎn)圈沉沙模式，沉沙池沉沙同時(shí)，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(kù)相結(jié)合，是勝利油田引黃取水新模式的試驗(yàn)工程。勝利油田1999年完成了提高二級(jí)泵站提水能力的工程改造，并在進(jìn)口右汊淤灘上開(kāi)挖輸水主槽，使沉沙池單汊運(yùn)行。進(jìn)口附近200m長(zhǎng)度范圍的灘面高程已達(dá)到6.2m，如果再淤高，水位將超過(guò)內(nèi)堤堤頂高程，直接進(jìn)入沉沙池內(nèi)清水水庫(kù)。本研究采用泥沙數(shù)學(xué)模型計(jì)算手段，系統(tǒng)考慮了耿井水庫(kù)2#沉沙池工程的具體條件，對(duì)此運(yùn)行問(wèn)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(kù)的實(shí)際工程檢驗(yàn)，被證明是十分可信的。該模型計(jì)算包括水力因素計(jì)算、輸沙計(jì)算（含沙量，懸移質(zhì)級(jí)配，淤積物級(jí)配）、河床變形計(jì)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(jì)算條件

　　沉沙池右汊長(zhǎng)約2300m，總共計(jì)算斷面為11個(gè)。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(yùn)行為計(jì)算時(shí)間依據(jù)。參照主槽兩側(cè)擋水堤堤頂高程6.5m，依此計(jì)算確定安全運(yùn)行歷時(shí)。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(jí)配采用長(zhǎng)年觀測(cè)的汛期引黃泥沙平均級(jí)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(jí)配處理。采用水庫(kù)中挾沙力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值。挾沙力系數(shù)選為0.03.

　　3、運(yùn)行特性

　　3.1 輸水主槽適宜輸送20kg/m³含沙量水流

　　計(jì)算結(jié)果表明，含沙量為20kg/m³時(shí)，大部分泥沙堆積在樁號(hào)800～1100m段，可見(jiàn)已實(shí)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(hào)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(yùn)行歷時(shí)

　　運(yùn)行歷時(shí)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(guò)20kg/m³時(shí)，歷時(shí)均達(dá)不到20天。引水含沙量越大，歷時(shí)越短，應(yīng)該考慮改變運(yùn)行，以延長(zhǎng)沉沙池的運(yùn)行時(shí)間。

　　3.3 加大引水流量有利于保證引水量但對(duì)沉沙效果作用不大

　　含沙量大于30 kg/m³，流量越大，運(yùn)行時(shí)間反而縮短，但引水水量卻會(huì)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?？梢?jiàn)，除非對(duì)主槽適宜的含沙量條件，運(yùn)行上通過(guò)加大引水流量對(duì)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(yùn)行可延長(zhǎng)引水歷時(shí)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(yùn)行時(shí)間也明顯加長(zhǎng)。泥沙最大淤積部位由400m推進(jìn)至800m樁號(hào)處。

　　4、運(yùn)行方式

　　4.1 安全運(yùn)行引水含沙量的過(guò)程

　　4.2 單純調(diào)整引水流量的運(yùn)行

　　4.3 單純調(diào)整出口水位的運(yùn)行

　　同樣以30kg/m³為例，由圖3曲線可知，運(yùn)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(shí)，建議運(yùn)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(yùn)行。當(dāng)含沙量大于30kg/m³，如果初期就低水位運(yùn)行，維持沉沙池安全運(yùn)行的時(shí)間還會(huì)加長(zhǎng)。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　雖然計(jì)算無(wú)法先知實(shí)際出現(xiàn)的來(lái)水來(lái)沙情況，但仍可以依據(jù)計(jì)算結(jié)果，指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行。如考慮主槽及擋水堤等工程具體條件，通過(guò)數(shù)模分析，選定二級(jí)泵站水位低于6.0m，監(jiān)測(cè)進(jìn)口水位及含沙量，當(dāng)水位接近6.5m或來(lái)沙大于20 kg/m³，應(yīng)調(diào)整運(yùn)行[3].說(shuō)明數(shù)學(xué)模型可以為工程運(yùn)行提供有用的數(shù)據(jù)。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 韓其為等。水庫(kù)淤積（第四冊(cè)）。長(zhǎng)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(bào)告。中國(guó)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(shí)際運(yùn)行效果觀測(cè)研究。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院等，1999年10月。