水利工程論文-勝利油田引黃沉沙池運(yùn)行方式數(shù)學(xué)模型分析研究.doc

水利工程論文-勝利油田引黃沉沙池運(yùn)行方式數(shù)學(xué)模型分析研究摘要：利用泥沙數(shù)學(xué)模型,對(duì)勝利油田耿井水庫(kù)2#沉沙池運(yùn)行特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。提出依據(jù)不同的引水含沙量條件，2#沉沙池實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)圈沉沙的合理運(yùn)行方式，成果包括一級(jí)泵站引水流量過程及歷時(shí)，二級(jí)泵站調(diào)整沉沙池出口水位過程及有效歷時(shí)。如果進(jìn)一步考慮初期二級(jí)泵站即降低沉沙池出口運(yùn)行水位，則可進(jìn)一步增加引水歷時(shí)，提高沉沙池輸沙沉沙效果。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行觀測(cè)結(jié)果，兩者可互相印證。運(yùn)用數(shù)學(xué)模型分析泥沙輸移規(guī)律，可以預(yù)先選定沉沙池的進(jìn)出口運(yùn)行方式，同時(shí)為工程維護(hù)設(shè)計(jì)可行性提供一種論證途徑。關(guān)鍵詞：沉沙池運(yùn)行數(shù)學(xué)模型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)8001100m段，可見已實(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)果如表所列。流量為10m3/s，出口水位為6.0m條件下，含沙量超過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)沉沙效果作用不大表1不同來水來沙條件及出口水位沉沙池運(yùn)行歷時(shí)Operationdurationofthebasinindifferentcaces表內(nèi)單位：天流量出口水位含沙量(kg/m3)(m3/s)(m)10203040506066.020201486106.020201044156.0202084105.5202020161010含沙量大于30kg/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?，除非對(duì)主槽適宜的含沙量條件，運(yùn)行上通過加大引水流量對(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)行引水含沙量的過程如圖1所，含沙量小于20kg/m3，沉沙池可以維持20天安全運(yùn)行。含沙量大于20kg/m3，如以30kg/m3為例，運(yùn)行10天后，只有引水含沙量下降到10kg/m3，沉沙池才可安全運(yùn)行。20天內(nèi)出現(xiàn)含沙量為40kg/m3的時(shí)間應(yīng)不超過6天；20天內(nèi)出現(xiàn)5060kg/m3含沙量的時(shí)間應(yīng)不超過4天。4.2單純調(diào)整引水流量的運(yùn)行以30kg/m3為例，由圖2中曲線可知，運(yùn)行10天后，一級(jí)泵站流量應(yīng)減小至6m3/s，12天后，引水流量還應(yīng)進(jìn)一步減小。圖1安全運(yùn)行引水含沙量過程Safeoperationdurationfordifferentsedimentconcentration40kg/m3時(shí)，運(yùn)行6天后，可維持2天小流量運(yùn)行。由圖中60kg/m3曲線可知，60kg/m3時(shí)，運(yùn)行4天后，即使小流量，也已無法再繼續(xù)運(yùn)行。圖2一級(jí)泵站安全運(yùn)行流量過程及歷時(shí)圖3安全運(yùn)行出口水位過程及歷時(shí)ProcessesofsafeoperationdischargeanddurationoftheinletProcessesofsafeoperationwaterlevelanddurationofoutlet4.3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)語雖然計(jì)算無法先知實(shí)際出現(xiàn)的來水來沙情況，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或來沙大于20kg/m3，應(yīng)調(diào)整運(yùn)行3。說明數(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