水利工程論文-勝利油田引黃沉沙池運行方式數(shù)學模型分析研究.doc

水利工程論文-勝利油田引黃沉沙池運行方式數(shù)學模型分析研究摘要：利用泥沙數(shù)學模型,對勝利油田耿井水庫2#沉沙池運行特性進行了系統(tǒng)分析。提出依據(jù)不同的引水含沙量條件，2#沉沙池實現(xiàn)轉圈沉沙的合理運行方式，成果包括一級泵站引水流量過程及歷時，二級泵站調(diào)整沉沙池出口水位過程及有效歷時。如果進一步考慮初期二級泵站即降低沉沙池出口運行水位，則可進一步增加引水歷時，提高沉沙池輸沙沉沙效果。計算結果與實際運行觀測結果，兩者可互相印證。運用數(shù)學模型分析泥沙輸移規(guī)律，可以預先選定沉沙池的進出口運行方式，同時為工程維護設計可行性提供一種論證途徑。關鍵詞：沉沙池運行數(shù)學模型1前言耿井水庫2#沉沙池采用轉圈沉沙模式，沉沙池沉沙同時，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。該工程沉沙與造庫相結合，是勝利油田引黃取水新模式的試驗工程。勝利油田1999年完成了提高二級泵站提水能力的工程改造，并在進口右汊淤灘上開挖輸水主槽，使沉沙池單汊運行。進口附近200m長度范圍的灘面高程已達到6.2m，如果再淤高，水位將超過內(nèi)堤堤頂高程，直接進入沉沙池內(nèi)清水水庫。本研究采用泥沙數(shù)學模型計算手段,系統(tǒng)考慮了耿井水庫2#沉沙池工程的具體條件，對此運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)學模型。該模型經(jīng)大量河道，水庫的實際工程檢驗，被證明是十分可信的。該模型計算包括水力因素計算、輸沙計算(含沙量,懸移質(zhì)級配,淤積物級配)、河床變形計算。限于篇幅，具體方程形式在此不再詳細介紹。除上述有關方程外，尚有床沙分層模型，斷面修改模型等支持。2.2計算條件沉沙池右汊長約2300m,總共計算斷面為11個。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天運行為計算時間依據(jù)。參照主槽兩側擋水堤堤頂高程6.5m，依此計算確定安全運行歷時。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)級配采用長年觀測的汛期引黃泥沙平均級配。初始淤積灘槽被視為定床。新淤積物按床面交換層理論進行級配處理。采用水庫中挾沙力系數(shù)經(jīng)驗取值。挾沙力系數(shù)選為0.03。3運行特性3.1輸水主槽適宜輸送20kg/m3含沙量水流計算結果表明，含沙量為20kg/m3時，大部分泥沙堆積在樁號8001100m段，可見已實現(xiàn)了沉沙池轉圈沉沙的目標。小于20kg/m3，20天所引進的泥沙量較少，最大淤積仍在400m樁號附近，向下推進的效果不明顯。大于20kg/m3，主槽內(nèi)泥沙淤積加快，進口段水位迅速抬高，淤積靠上。3.2大含沙量引水將減小運行歷時運行歷時結果如表所列。流量為10m3/s，出口水位為6.0m條件下，含沙量超過20kg/m3時，歷時均達不到20天。引水含沙量越大，歷時越短，應該考慮改變運行，以延長沉沙池的運行時間。3.3加大引水流量有利于保證引水量但對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行歷時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，運行時間反而縮短，但引水水量卻會增加。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。可見，除非對主槽適宜的含沙量條件，運行上通過加大引水流量對大含沙量水流泥沙向下游推進作用不大。3.4降低出口水位運行可延長引水歷時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，運行時間也明顯加長。泥沙最大淤積部位由400m推進至800m樁號處。4運行方式4.1安全運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天安全運行。含沙量大于20kg/m3，如以30kg/m3為例，運行10天后，只有引水含沙量下降到10kg/m3，沉沙池才可安全運行。20天內(nèi)出現(xiàn)含沙量為40kg/m3的時間應不超過6天；20天內(nèi)出現(xiàn)5060kg/m3含沙量的時間應不超過4天。4.2單純調(diào)整引水流量的運行以30kg/m3為例，由圖2中曲線可知，運行10天后，一級泵站流量應減小至6m3/s，12天后，引水流量還應進一步減小。圖1安全運行引水含沙量過程Safeoperationdurationfordifferentsedimentconcentration40kg/m3時，運行6天后，可維持2天小流量運行。由圖中60kg/m3曲線可知，60kg/m3時，運行4天后，即使小流量，也已無法再繼續(xù)運行。圖2一級泵站安全運行流量過程及歷時圖3安全運行出口水位過程及歷時ProcessesofsafeoperationdischargeanddurationoftheinletProcessesofsafeoperationwaterlevelanddurationofoutlet4.3單純調(diào)整出口水位的運行同樣以30kg/m3為例，由圖3曲線可知，運行10天后，沉沙池出口水位應降至5.9m，16天后，出口水位還應進一步降低。40kg/m3時，建議運行4天后，就降低出口水位至5.5m，這樣可維持14天的安全運行。當含沙量大于30kg/m3，如果初期就低水位運行，維持沉沙池安全運行的時間還會加長。5結語雖然計算無法先知實際出現(xiàn)的來水來沙情況，但仍可以依據(jù)計算結果，指導實際運行。如考慮主槽及擋水堤等工程具體條件，通過數(shù)模分析，選定二級泵站水位低于6.0m，監(jiān)測進口水位及含沙量，當水位接近6.5m或來沙大于20kg/m3，應調(diào)整運行3。說明數(shù)學模型可以為工程運行提供有用的數(shù)據(jù)。參考文獻1韓其為等。水庫淤積（第四冊）。長江流域規(guī)劃辦