沉沙池泥沙沉積規律分析及運用

鮑芳 王均喬

【摘要】本文對引黃濟青工程沉沙池泥沙沉積規律進行了研究分析，并將分析結果應用于沉沙池泥沙處理工作中。這種泥沙處理方式對其他引黃工程沉沙池的運行具有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】沉沙池；沉積規律；分析；運用

山東省引黃濟青工程是為解決青島市嚴重缺水而興建的跨流域、遠距離大型調水工程。該工程從博興縣打漁張引黃閘引水，經輸沙渠與沉沙池連接，使黃河水在沉沙池經過沉淀后以清水的形式進入輸水河送至青島市棘洪灘水庫。引黃濟青沉沙池是整個工程的關鍵部位，對沉沙池泥沙沉積規律進行分析研究并應用于實踐中，具有十分重要的意義。

1、沉沙池概況

引黃濟青工程沉沙池采用條渠形沉沙池。設計總沉沙面積36k㎡，設9個條渠分期使用，每條使用4-5年，總共可用40年。第一期修建2號沉沙池，為避免遷村困難，且有利于今后新村建設，2號沉沙池進口段進行調整，改由第一條渠進水。第一期工程修建第二、第三兩隔堤，長度分別為5930m與6530m。為減輕與防止周邊土地的洇堿，沿兩條隔堤的外側分別開挖截滲溝。

2、原設計沉沙池淤積形態

2.1泥沙顆粒組成

黃河泥沙中數粒徑隨補給來源不同而不同，汛期以流域產沙補給為主，顆粒較細，中數粒徑為0.022-0.029mm；非汛期以沿程河床泥沙補給為主，顆粒較粗，中數粒徑為0.03-0.036mm。

2.2設計含沙量

引黃濟青引水期（11月-翌年3月）設計平均含沙量為6.76kg/m3，控制引水含沙量不能大于30kg/m3。

2.3沉沙池淤積形態

沉沙池第一年自流沉沙攔沙308萬m3，第二至第四年揚水沉沙攔沙882萬m3。條渠淤積呈三角洲分布。

3、沉沙池運用情況

3.1沉沙池泥沙分析

每個引水年度結束后，在沉沙池上、中、下游取泥沙土樣，分析淤積物顆粒組成。經分析沉沙池泥沙中值粒徑上游為0.032mm，中游為0.097mm，下游為0.0llmm。基本符合設計規律。

3.2引水含沙量

選取前兩年運行資料分析，引水最大含沙量為27.05kg/m3，平均引水含沙量5.84kg/m3。實測情況見下表。

年度 月 份

11月 12 1 2 3

設計 實測 設計 實測 設計 實測 設計 實測 設計 實測

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

從表中看出，僅有第一年度的1月份和第二年度的2月份實測值大于設計值，其他月份實測值均小于設計值。

3.3沉沙池淤積形態

引黃濟青引水期結束后，進行沉沙池淤積量及淤積形態測量。第一年實測引進泥沙160.4萬m3，實測淤積量163.89萬m3，兩數值接近。淤積斷面圖和淤積縱斷面與設計比較，基本按設計規律進行，淤積三角洲頂點到達2+400斷面處，實測三角洲前坡比降與設計相似。

3.3沉沙池的淤積速度

沉沙池淤積速度與引水含沙量有直接關系，多引水少引沙，淤積速度慢，沉沙池使用壽命長，來沙多則相反。對運行前兩年引水引沙情況進行分析，第一年度比原設計多引水1.567億m3，按設計含沙量計算，少引進泥沙24.52萬m3；第二年度比原設計少引水1.223億m3，按實際引水量設計含沙量計算，少引進泥沙12.68萬m3。兩年度總引水量為5.623億m3，設計進沙量432.303萬m3，實際引沙量262.90萬m3，少進169.403萬m3。引水量比原設計增加6.5%，引沙量比原設計減少6.7%，沉沙池淤積速度比原設計減緩。

3.4沉沙池的泥沙分布情況

1995年4月山東省水利勘測設計院對沉沙池進行淤積測量，根據實測淤積斷面資料統計，沉沙池內共淤積泥沙737.49萬m3，其

中上游158.53萬m3，占21.5%；中游460.84萬m3，占62.5%；下游118.12萬m3，占16.0%。

4、沉沙池泥沙處理

4.1泥沙處理方式的確定

引黃引進的泥沙通過輸沙渠送入沉沙池沉積。由于沉沙池進口水流突然擴散，水流挾沙能力突然變小，大部分泥沙沉在了進口，使沉沙池進口段淤積高程加劇上抬，經過三個引水年度運行，沉沙池進口段底高程達10.51m，與設計自流沉沙指標基本持平。通過對沉沙池泥沙沉積規律的研究分析，在泥沙處理方式上，決定采用“以挖待沉”方案，即將沉沙池內的泥沙清出，騰出庫容沉積泥沙。通過對其他大型引黃灌區的考察和社會調查，決定采用多種清淤方式來探索“以挖待沉”方案的可行性。根據沉沙池泥沙土樣淤積物顆粒組成分析，沉沙池上、中游泥沙中值粒徑較粗，以粉細沙為主，沉積密度較松散，適合挖塘機作業。下游泥沙中值粒徑較細，是以粘粒為主的淤泥，沉積密度較緊，淤土中雜草叢生，且常年有水，不適合挖塘機作業，只能采用挖泥船清淤。

4.2挖塘機內貼式清淤

挖塘機作業機動靈活，進出場方便快捷；排淤場圍堰要求不高，可以分期填筑，大大降低圍堰的填筑費用；各種施工條件要求不高，清淤綜合單價較低。但挖塘機清淤受水位影響較大，無水不能干，水多了也不能干，并且運距較近，限制了挖塘機的使用范圍。此種清淤方式持續運行8年，共處理泥沙477萬m3，延長沉沙池使用壽命七年。

4.3挖泥船清淤

挖泥船清淤適合水下清淤，引水時不影響正常施工；清淤場地比較規整，沒有挖塘機施工那樣留下許多隔堰。但挖泥船清淤對排淤場圍堰要求很高，需一次筑高，不能分期填筑，且圍堰填筑標準要求高，否則在施工后期潰壩的危險性很大。且清淤單價較高。挖泥船清淤方式持續運行4年，共處理泥沙470萬m3，延長沉沙池使用壽命六年。

4.4泥沙處理的效果

引黃泥沙的處理有史以來就是一大難題，大多采取“以挖待沉”方式，挖出泥沙大都堆在渠首，造成沙化，惡化了生態環境。為保護當地自然環境，保證棄淤場地不沙化，根據淤土顆粒組成，對達到淤積高程的棄淤場，及時種植各種樹木，樹間種植苜蓿，搞好水土資源開發。

5、結語

通過對沉沙池泥沙沉積規律進行分析研究，弄清各部位泥沙顆粒組成以及沉積量，合理確定沉沙池的清淤方式，保證了向青島及工程沿線送水沉沙任務。沉沙池的泥沙處理科學規劃，綜合治理，基本消除了渠首沙化問題。整個沉沙池碧水藍天、紅花綠樹、鳥語花香、環境優美，成為附近民眾觀光旅游的好去處