胜利油田引黄沉沙池运行方式数学模型分析研究

1.前言
耿静水库2号沉砂池采用旋转沉砂方式。沉砂池同时可以蓄水，随着周围外堤的淤积，蓄水量不断增加，平面呈“回”字形。该工程将泥沙淤积与水库建设相结合，是胜利油田黄河取水新模式的试验项目。1999年，胜利油田完成了提高二级泵站提水能力的工程改造，并在右进水口淤泥滩上开挖了主输水渠道，使沉砂池可以单支运行。入口附近200米长度范围内的滩面高程已经达到6.2米，如果再次淤积，水位将超过内堤顶高程，直接进入沉砂池清水水库。本研究通过泥沙数学模型计算，系统地考虑了耿静水库2#沉沙池工程的具体情况，对这一运行问题进行了分析和论证。
2。模型方法
2.1模型简介[1，2]
本研究采用基于非均匀不平衡输沙理论的河床冲淤演变数学模型。通过大量河流、水库的实际工程检验，证明该模型是非常可靠的。模型计算包括水力因素计算、输沙计算(含沙量、悬移质级配、泥沙级配)和河床变形计算。限于篇幅，具体的方程形式这里就不详细介绍了。除上述方程外，还有床沙分层模型和断面修正模型。
2.2计算条件
沉淀池右支长度约2300m，共11个计算断面。导流流量10m3/s，出口水位6.0m，调整后水位不小于5.5m，时间按20天的运输行为计算。参考主槽两侧挡水堤顶高程6.5m，计算确定安全运行时间。土渠渠道的糙率为0.017，作为耿静2#沉砂池主渠道的糙率。悬移质级配是多年观测的黄河汛期泥沙的平均级配。最初淤积的滩槽被视为固定床。根据河床交换层理论对新淤泥进行级配。采用水库挟沙能力系数的经验值。挟沙能力系数取0.03。
3、运行特性
3.1主输水渠道适合输送20kg/m3的含沙水
。计算结果表明，含沙量为20kg/m3时，大部分泥沙堆积在800 ~ 1100m的桩号处，说明达到了一圈沉沙的目的。如果小于20kg/m3，20天引入的泥沙量较少，淤积仍在400m桩号附近，下推效果不明显。当大于20kg/m3时，主池泥沙淤积加快，进口段水位迅速升高，淤积量较大。
3.2大含沙量引水会减少运行时间
运行时间结果列于表1。当流量为10m3/s，出口水位为6.0m，含沙量超过20kg/m3时，持续时间小于20天。引水含沙量越大，历时越短，应考虑改变运行方式延长沉淀池运行时间。
3.3增加导流流量有利于保证导流量，但对沉淀效果影响不大
。含沙量大于30 kg/m3时，流量越大，运行时间越短，但引水越多。增加分流流量有利于保证分流量。然而，上游部分的沉积物沉积加快。由此可见，除非主槽含沙量合适，否则加大导流流量对将含沙量大的泥沙推向下游作用不大。
3.4降低出口水位可以延长引水期，增加主池内适当的含沙量
来降低出口水位。主池中适于输送的水流含沙量可从20公斤/立方米提高到30公斤/立方米以上，运行时间明显延长。沉积位置从400米推进到800米桩号。
4。运行方式
4.1安全引水含沙量过程
4.2简易调节引水流量运行
4.3简易调节出水水位运行
同样，以30kg/m3为例，从图3曲线可以看出，运行10天后，沉砂池出水水位应降至5.9m，在40kg/m3时，建议运行4天后将出水水位降至5.5m，因此当含沙量大于30kg/m3时，如果初期水位较低，维持沉砂池安全运行的时间会延长。
5。结论
虽然计算不能预测实际来水来沙情况，但仍可根据计算结果指导实际运行。例如，考虑到主渠道和挡水堤的具体情况，通过数学模型分析，选择二级泵站水位低于6.0m，并对进口水位和含沙量进行监测。当水位接近6.5m或来沙量大于20 kg/m3时，应调整操作[3]。结果表明，该数学模型能为工程运行提供有用的数据。
参考文贤
[1]韩启伟等《水库淤积》(第四册)。长江流域规划办公室水文局，1980年3月。
[2]戴青、王崇浩、韩启伟。澜沧江景洪至三道拐河段一维泥沙数学模型研究报告。中国水利水电科学研究院，1998年5月。
[3]戴青，胡春红等。1999年胜利油田引黄新模式实际运行效果的观察研究。中国水利水电科学研究院等。，1999年10月。