本项目得到了胜利石油管理局何富荣、徐金波、邓国利、毕立泉等同志的指导。

基金项目：国家自然科学基金和水利部联合资助项目(59890200)

作者简介：张燕菁(1963-)，女，中国水科院高工。

1 前言

　　黄河水是下游及河口地区主要的水源，引黄取水必然要引进泥沙，黄河水中的泥沙历来是引黄取水工作中的心腹之患，传统的取水方法一是采用控制取水含沙量，尽量在黄河低含沙量时取水；二是在渠道中实行以挖待沉来解决泥沙问题；三是在浑水进库之前建设专用的沉沙池使浑水澄清后入库。但是，随着黄河下游断流的加剧，一年之中黄河来水时间主要是集中在汛期，而汛期历来是黄河水高含沙期，显然，传统的取水方法已不能适应高含沙引水的需要。为此，提出了充分利用浑水资源，又合理地安排泥沙的引黄取水新模式。本文将对这一引黄取水模式中的泥沙处理部分“沉沙与蓄水两用水库”进行研究，并通过在广南1^#沉沙条渠的实际观测研究，初步评价了其效果，为进一步推广应用打下了基础。

　　“沉沙与蓄水两用水库”的沉沙池是由泥沙构筑的内堤和外堤及在两者之间以复式断面的“人造小黄河”组成，内堤以内为蓄水水库，如图1所示，这种由内堤、外堤和“人造小黄河”淤积抬高的沙堤形成了十分坚固安全的蓄水水库的围堤。“两用水库”的沉沙池的沉沙条渠以“人造小黄河”的模式进行转圈沉沙，均匀淤积抬高，使水库可向立体发展，不断增大库容。

3 广南“沉沙与蓄水两用水库”运行情况及初步效果分析

　　广南1^#沉沙与蓄水两用水库是在原广南水库1#沉沙池的基础上改建而成，实施长度约6.3km，工程于1997年8月通水沉沙经历了一年的运行后，于1998年10月进行了现场观测。

3.1 “沉沙与蓄水两用水库”的周边沉沙条渠具有黄河的特征

　　广南1^#“沉沙与蓄水两用水库”的周边沉沙条渠经过一年的运行，形成了较为完备的主槽、滩地、滩唇、纵横比降、口门拦门沙等，具有黄河河道的基本特征，形成了真正的“人造小黄河”。

　　两用水库“人造小黄河”有如图2所示的纵剖面。上段主槽和滩地纵比降分别为1/7042、1/7143，滩唇至滩地形成大约1/40的横比降。通常情况下，来水来沙对纵比降起主导作用。当来流量小、含沙量高、来沙级配较粗时，要求较大比降与其相适应。就实际工程情况来看，引黄渠道比降多在1/5000～1/8000。将实测床沙结果代入黄河中下游干支流的比降J的经验关系式^[2]

J=41D1/50^1.3

式中D₅₀为河床中值粒径，单位为mm，J单位为1/10000，得主槽和滩地比降分别为1/7737、1/12000，其与实测“人造小黄河”上段主槽比降较为接近。通过以上的分析，可以认为其上游段已基本达到与来水来沙相适应的平衡比降。

3.2 随着淤积体的不断向下推进“人造小黄河”滚动升高

3.2.1 纵剖面变化

　　纵剖面主槽和滩地均有淤积，且淤积沿程增加，纵剖面坡降淤积变缓，淤积末端随着淤积体的不断向下推进而向下游延伸。主槽滩地平均淤积厚度：滩地为0.2～0.7m，主槽为0.4～1.0m。上游段(桩号0+000～4+500)的4.5km范围淤积量为22.95万m³，桩号4+500以下淤积量为47.59万m3，约占总淤积量的67.47%，桩号6+000以下沉沙池底高程抬高了1.0～1.3m。这相当于黄河河口的淤积抬升，淤积后比降调平，说明在一年多运行期，“人造小黄河”溯源淤积起着主要控制作用。

3.2.2 横断面变化

　　“人造小黄河”运行一年来，沿程各断面主槽和滩地均有所淤积抬高，滩唇及主槽淤积厚度相当，横断面形态变化不大，仍保持较为规则的复式断面。图3为运行前后横断面变化图。

　　滩槽变化特性从滩槽水沙交换来讲，尽管滩槽高差在一段时间内会有所变化，但从长期来看，却有保持相对稳定的差值的特点，在“人造小黄河”淤积情况下，意味着滩槽的同步上升；从河相关系来讲，冲积河流的塑造中滩槽高差的变化受制于一定的河相关系，实测河相关系为3.1～7.7，平均值为4.9。

3.2.3 “人造小黄河”沿程各段特性分析

　　分析“人造小黄河”沿程各段纵、横剖面变化及泥沙输送淤积的差异，沿程划分为三段(表1)：第一段为输沙淤积段，主要以输送泥沙为主，伴随着一定程度的淤积，比降大小与输沙渠相当，横断面相对窄深；第二段为壅水淤积段，受下游口门拦门沙的壅水影响，泥沙大量落淤在主槽，河槽比降调平，相反滩唇上泥沙较少落淤，横断面相对宽浅；第三段为口门淤积段，是“人造小黄河”向前推进的最前端，由于该段主槽尚未开挖，紧邻其上的壅水淤积段主槽的淤积抬高，使该段主槽比降加大，冲刷形成尚未与来水来沙相适应的窄深槽，此外，由于口门滩坎的阻水作用，形成口门拦门沙淤积，泥沙在此横向扩散落淤形成宽阔的泥沙堆积体。口门淤积段滩地的不断淤积和主槽的不断冲刷，使得口门向下游淤积延伸，而口门向下游淤积延伸，又将引起上游段的淤积抬高。

表1 “人造小黄河”淤积形成的主要特征值

Characteristics of ‘man made small Yellow River'

　　两用水库的“人造小黄河”淤积造床过程与天然冲积河道有着某种本质的差别，不论纵剖面淤积是否接近平衡，尾端水位对其仍有一定的控制作用，而下游淤积末端的淤积延伸又引起由下至上的溯源淤积，使得下游段坡降趋缓。这种作用甚至影响到上游段。影响纵剖面调整的主要因素为：上游来水来沙条件、口门侵蚀基准面变化、河床边界条件(是否修堤等)。然而，溯源淤积调整初始条件是沿程淤积所已塑造的接近平衡的纵剖面。由于口门延伸引起侵蚀基面抬升，使河床比降变缓，而发生溯源淤积，溯源淤积具有使河床回复原比降的效果，因而使得整个河段随着口门的抬升而整体抬升。在目前的特定条件下，由于河宽、粒径的调整非常有限，没有趋势性变化，河床纵剖面的调整将主要是比降的调整，溯源淤积的结果使得河流纵剖面平行抬升。按现有的来水来沙条件，“人造小黄河”将按大约1/7000的纵比降，随着口门向下游的淤积延伸而平行抬高。

3.3 “人造小黄河”式沉沙条渠的转圈推进速度

　　在一定的来水来沙条件下，“人造小黄河”转圈沉沙推进速度，取决于口门段堆积体的纵向发展速度。而内外堤间距是影响堆积体的纵向发展速度的一个重要因素。由广南1^#沉沙蓄水两用水库的实测断面分析认为以主槽22m、滩地44×2m、内外堤间距110m为宜。运行一年，淤积体向下游推进至7+800桩号，淤积体纵向长度1.8km，平均宽度200m，平均淤积厚度1.1m。由此可以估算出“人造小黄河”转一圈的时间约为6年。若泥沙量增大，所需转圈的时间将缩短。

3.4 “两用水库”具有沉沙和蓄水双重效益

　　实测两用水库“人造小黄河”总淤积量为70.53万m³，占进沙量91.8万m³的76.83%，这部分泥沙同时又被用作筑堤，使两用水库的外堤普遍升高0.4～1.2m。广南水库原1^#沉沙池在运行十年后，可利用的水域面积为3.24km²。如按蓄水2m水深计，沉沙池剩余的蓄水容积仅为1380万m³。假设过去十年其按照沿周边转圈沉沙运行方式运用，将比现状可利用的水域面积增大2倍，当蓄水水位为4.0m时，比现状蓄水容积增加42%。

4 结语

　　通过对沉沙与蓄水相结合“两用水库”工程实际运行的现场观测结果的分析研究，可以得出以下几点认识：

　　1.沉沙蓄水两用水库的周边沉沙条渠具有黄河的特征；

　　2.随着淤积体的不断向下推进，“人造小黄河”形成蓄水水库的外堤；

　　3.“人造小黄河”式沉沙条渠以主槽宽度为20～26m、滩地宽度84～90m、内外堤间距约100～110m为宜，河相关系约为3～6之间。如按来沙量较少的1998年的推进速度，广南1^#两用水库的沉沙条渠转一圈，并抬高1.0～1.5m，约需6年。

　　4.“两用水库”具有沉沙和蓄水双重效益，即可淤沙造堤，又可以增加蓄水容积。

　　由此可见，沉沙与蓄水两用水库与传统引黄模式相比具有较大的优点，尤其在将自流泥沙用作淤沙造堤、增加水库库容、节省清淤费用等方面。但是，沉沙与蓄水相结合两用水库是建立在一定理论基础上的，虽得到了实际运行资料的初步检验，但由于实际工程运行时间都较短，积累的实测资料较少，尚需要在实践中不断改进并完善。

参 考 文 献

[1] 曾庆华，张世奇，胡春宏等。黄河口演变规律及整治。黄河水利出版社，1997.12.

[2] 钱宁，张仁，周志德。河床演变学。科学出版社，1989.