水利工程論文-引黃水沙綜合利用的探索與實(shí)踐摘要：通過(guò)勝利油田在引黃取水實(shí)踐中對(duì)水沙綜合利用的探索，提出“淤臨沉沙”和“沉沙造壩形成兩用水庫(kù)”的新思路，介紹了這兩種新思路、新方法的原理內(nèi)容，并進(jìn)行了簡(jiǎn)單效益評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：黃河泥沙淤臨沉沙兩用水庫(kù)勝利油田地處黃河尾閭，渤海之濱，主力油區(qū)位于黃河兩岸。該地區(qū)地下水礦化度高，無(wú)法利用，勝利油田工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水主要依靠引用黃河水。引黃必引沙，引黃泥沙的處理已成為引黃事業(yè)成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)幾年摸索實(shí)踐，勝利油田的領(lǐng)導(dǎo)和水利工作者創(chuàng)造出一套引黃水沙綜合利用的新思路、新模式。既充分利用了渾水資源，又合理利用安排了泥沙，為多泥沙河流水沙利用開(kāi)創(chuàng)了一條新的途徑。1勝利油田基本情況勝利油田是我國(guó)第二大油田，從1961年發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)至今己找到68個(gè)不同類型的油氣田，累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量38.3億t，累計(jì)生產(chǎn)原油6.67億t，累計(jì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值2000多億元，累計(jì)上繳利稅389.38億元。共有油井1.7萬(wàn)口，目前原油生產(chǎn)能力為2650萬(wàn)t。工作區(qū)域面積4.4萬(wàn)平方公里，分布在山東省的8個(gè)地市28個(gè)縣（區(qū)）?，F(xiàn)有職工19萬(wàn)人，擁有固定資產(chǎn)原值525億元，凈值247億元。勝利油田開(kāi)發(fā)建設(shè)近四十年來(lái)，為國(guó)家石油工業(yè)和整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，是中國(guó)特大企業(yè)之一，現(xiàn)已成為我國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)及石油加工業(yè)的重要基地。勝利油田所處的黃河三角洲地區(qū)，大部為黃河沖積平原，該區(qū)降水量小，蒸發(fā)量大，地下水及地表徑流無(wú)法利用，黃河水資源是勝利油田開(kāi)發(fā)建設(shè)主要淡水資源。區(qū)域內(nèi)水資源貧乏和單一是制約本地區(qū)石油工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素之一。勝利油田開(kāi)發(fā)建設(shè)的三十多年，無(wú)不與引黃供水保油的艱苦創(chuàng)業(yè)密切相關(guān)。勝利油田引黃供水事業(yè)，經(jīng)歷了從無(wú)到有、由小到大、不斷前進(jìn)、逐步發(fā)展的過(guò)程。60年代生產(chǎn)用水主要用機(jī)井開(kāi)采地下水；70年代以引黃為主，地下水與引黃供水并舉；80年代以來(lái)以適應(yīng)水源條件變化入手，重點(diǎn)建設(shè)大型引黃蓄水工程，引黃供水成為主要方式。經(jīng)過(guò)三十幾年堅(jiān)持不懈努力，已形成一套完整的引水、沉沙、蓄水、凈化、供水工程體系。從1964年至1998年來(lái)，勝利油田用于引黃供水的工程投資15億元，新建引黃閘站9座，設(shè)計(jì)引水能力390m3/s,年引水量7億m3，改擴(kuò)建輸水干渠10條總長(zhǎng)216km，新建大中型平原水庫(kù)10座，小型水庫(kù)110座，總庫(kù)容達(dá)403億m3，建成水處理廠10座，日凈化能力90萬(wàn)m3，供水人口近100萬(wàn)。2引黃水沙綜合利用新思路的提出勝利油田所建引黃供水工程，是按照95的供水保證率，黃河連續(xù)斷流不超過(guò)三個(gè)月標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃實(shí)施的。自1986年以來(lái)，黃河下游來(lái)水進(jìn)入枯水期，加上沿黃引水大幅度增加，來(lái)水量急劇減少，黃河斷流日益加劇，尤其是90年代以來(lái)，黃河下游斷流天數(shù)，斷流次數(shù)、斷流河段長(zhǎng)度都呈增加趨勢(shì)，使處于黃河入?？诘貐^(qū)的勝利油田和東營(yíng)市發(fā)生了嚴(yán)重的水資源危機(jī)。勝利油田的引黃供水經(jīng)歷了70年代的隨引隨用，80年代的春引夏用，90年代初的冬引春（夏）用這樣一個(gè)過(guò)程。伴隨著黃河來(lái)水條件的突變，勝利油田的引黃戰(zhàn)略面臨一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：根據(jù)預(yù)測(cè)分析，今后的冬四月來(lái)水也減少很多，必須盡快擴(kuò)大引黃工程規(guī)模，同時(shí)實(shí)現(xiàn)由冬季引水向夏季（汛期）引水時(shí)機(jī)的轉(zhuǎn)變，才能保證該地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水需要。根據(jù)黃河來(lái)水的新形勢(shì)，為了充分利用有限的黃河水資源，也就是汛期含沙量較高的渾水資源，我們面臨著必須擴(kuò)大引水能力，增加沉沙蓄水能力，同時(shí)需要解決汛期快速引用高含沙渾水的工藝技術(shù)以及資金不足等諸多問(wèn)題。要解決這些問(wèn)題，必須解放思想，實(shí)事求是，突破傳統(tǒng)框框，用新思路、新方法指導(dǎo)工作。從1992年開(kāi)始，勝利油田通過(guò)實(shí)施“擴(kuò)引、改輸、巧沉、增蓄”的引黃戰(zhàn)略，摸索出一條合理安排泥沙，水沙綜合利用的新模式。c3引黃水沙綜合利用新模式的內(nèi)容傳統(tǒng)的引黃泥沙處理辦法，一是控制引水含沙量，閘前攔沙或在黃河低含沙量時(shí)引水；二是在渠道中以挖待沉，三是在渠首或渾水入庫(kù)前建沉沙池澄清后入庫(kù)。這樣做一是效果差，二是管理運(yùn)用復(fù)雜，三是成本費(fèi)用高。改變這種狀況，首先要改變對(duì)“泥沙是害”的一貫錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，把水沙都作為一種資源，巧引巧用，合理利用，以此作為解決問(wèn)題的突破口。3.1淤臨沉沙淤臨沉沙工程一般由引水輸沙渠、提升泵站、沉沙渠道、退水建筑物、清水渠、截滲溝等組成。如圖1所示。勝利油田濱海地區(qū)，原先引黃取水沉沙利用黃河故道，到90年代初期己基本淤滿淤平，失去沉沙功能。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，引黃區(qū)域周圍己很少有可供沉沙的荒地，選擇新的沉沙用地較為困難。同時(shí)由于四段以下黃河灘地橫比降大，北大堤臨河根地勢(shì)相對(duì)低洼，存在汛期漫灘順堤行洪滾河決堤的危險(xiǎn)。為防止?jié)L河沖決北大堤，黃河入海流路治理工程規(guī)劃報(bào)告中提出采取淤高北大堤臨河堤腳地面的措施。因此，經(jīng)過(guò)認(rèn)真調(diào)研分析探討，結(jié)合黃河治理項(xiàng)目，提出了順北大堤“淤臨沉沙”的新思路，實(shí)施后取得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益及環(huán)境效益。所謂“淤臨沉沙”就是利用黃河北大堤臨河面低洼地帶順堤方向修筑條渠沉沙池，將從黃河引來(lái)的渾水由泵站提入沉沙池，通過(guò)沉沙，圖1淤臨沉沙工程布局平面圖SketchplanofsiltingbasinanddykesoftheYellowRiver沿黃河大堤形成寬闊的帶狀高地，既有利于黃河防洪，又可妥善處理引黃泥沙，使防洪與興利雙方受益，把泥沙處理與利用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，將揚(yáng)水沉沙與淤臨固堤凝為一體，達(dá)到避害趨利的目的。順堤條渠寬度確定要依據(jù)現(xiàn)有低洼地形地貌，一般為100300m,其長(zhǎng)度根據(jù)沉沙池使用年限、沉沙池進(jìn)出口的設(shè)計(jì)含沙量、上下段、遠(yuǎn)近期工程結(jié)合、年度投資計(jì)劃等綜合分析確定。沉沙條渠最高運(yùn)用水位按不高于本堤段大堤相應(yīng)防洪水位控制，據(jù)此推算，地面平均淤高為56m，為節(jié)省工程投資，沉沙條渠圍堤可利用淤積的泥沙分期修筑加高，分期運(yùn)用。3.2沉沙造壩建兩用水庫(kù)圖2傳統(tǒng)模式的沉沙蓄水工程圖3沉沙蓄水兩用水庫(kù)TraditionalmodeforSedimentdesiltingandwaterstorageprojectDualpurposereservoirforsedimentdesiltingandwaterstorage黃河三角洲地區(qū)引黃沉沙蓄水，過(guò)去傳統(tǒng)的做法是沉沙和蓄水工程分開(kāi)建造的，即分別修建沉沙池和平原地上水庫(kù)，渾水入沉沙池澄清后入庫(kù)，豐存枯用，見(jiàn)圖2所示。這種方式投資大、占地多，沉沙池還需不斷清淤疏理或輪換更新，在引蓄高含沙水的情況下，沉沙池壽命大大縮短。從水力沖填壩及黃河尾閭導(dǎo)流束水攻沙和二級(jí)懸河的形成原理得到啟發(fā)，提出了“沉沙造壩建兩用水庫(kù)”的新模式構(gòu)想。這種新模式即是將沉沙池與蓄水水庫(kù)相結(jié)合，沿水庫(kù)軸線修建兩條平行的堤壩，四周形成環(huán)形沉沙池，中間是水庫(kù)，這個(gè)環(huán)形沉沙條渠，我們稱其為“人造小黃河”。這條“人造小黃河”就象黃河一樣，經(jīng)過(guò)渠道引來(lái)的渾水通過(guò)泵站提升或自流沿程淤積成灘成槽，并不斷向下輸移。“人造小黃河”不斷淤積抬高，形成沙壩。這個(gè)呈環(huán)形的沙壩正好成了水庫(kù)的堤壩，中間成為蓄水水庫(kù)。隨著“人造小黃河”的逐步淤積抬高，水庫(kù)庫(kù)容也逐步增大，這樣在沉沙同時(shí)，利用泥沙自然得到了一個(gè)水庫(kù)。見(jiàn)圖3所示。此做法一舉兩得，提高了沉沙池利用效率和使用壽命，大幅度降低了工程造價(jià)，減少占地，還減輕了沉沙池清淤的重負(fù)，并節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。這種環(huán)狀條渠沉沙、沉沙蓄水結(jié)合的方式，其最大特點(diǎn)在于隨著環(huán)狀條渠沉沙逐步淤積抬高，水庫(kù)向立體發(fā)展，庫(kù)容不斷增大。對(duì)于有大量荒堿地的地區(qū)，利用這種方式修建低水頭小水庫(kù)不失為一種上乘之舉。4工程實(shí)施例1992年以來(lái)，勝利油田在黃河北岸四段以下分期建設(shè)了羅家屋子、孤島二水源、六號(hào)路等淤臨沉沙工程，淤臨總長(zhǎng)度達(dá)36km，并在黃河南岸利用沉沙造壩修建廣南一、二號(hào)沉沙池，耿井二號(hào)沉沙池三座兩用水庫(kù)，面積達(dá)29km2。這些工程的實(shí)施，增加了區(qū)域供水能力，進(jìn)一步提高了黃河口地區(qū)防洪安全，為本地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水提供了極為有利的條件。4.1廣南一號(hào)沉沙池工程廣南水庫(kù)是東營(yíng)地區(qū)最大平原水庫(kù)，庫(kù)容1.14億m3。廣南一號(hào)沉沙池占地面積12.3km2,圍堤長(zhǎng)16.7km。1997年5月對(duì)其進(jìn)行增容改造，采用了沉沙蓄水兩用水庫(kù)設(shè)計(jì)思想，通過(guò)“人造小黃河”實(shí)現(xiàn)沉沙與蓄水雙重效益。工程于1997年5月實(shí)施，1997年8月開(kāi)始投入運(yùn)用。經(jīng)運(yùn)用觀測(cè)，一年總進(jìn)沙量91.8萬(wàn)m3“人造小黃河”內(nèi)淤積量70.53萬(wàn)m3占76.83。從縱向上看，集中淤積范圍6km左右，主槽、灘面縱比降約1/7000。從橫斷面發(fā)展看，灘槽都有淤積抬高，灘面淤積厚度0.30.7m，槽0.41.0m，橫比降大約1/200?！叭嗽煨↑S河”仍灘槽分明，基本實(shí)現(xiàn)了灘槽滾動(dòng)淤高設(shè)想。4.2羅家屋子淤臨沉沙一期工程羅家屋子淤臨沉沙一期工程沿黃河北大堤96505950堤段臨河由東向西布置，長(zhǎng)3700m,條渠凈寬250m,于1995年建成投產(chǎn)。運(yùn)行兩年引水2.8億m3，渠內(nèi)沉沙淤積頂面進(jìn)口處淤高3.5m,末端淤積抬高2m左右。三角洲頂點(diǎn)以上沿程淤積平均比降1/4000左右，頂點(diǎn)以后平均比降約為1/1000。1997年7月，又自一期工程未端向西順延擴(kuò)建了5.3km二期工程。5效益簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)5.1減輕了泥沙處理負(fù)擔(dān)勝利油田引黃沉沙工程，經(jīng)多年運(yùn)用，沉沙池逐步萎縮失效，使出口含沙量增大，造成下游渠道或水庫(kù)淤積，每年要耗費(fèi)大量人力，物力，財(cái)力進(jìn)行清淤，上述工程實(shí)施后，大大減輕清淤負(fù)擔(dān)，按年引水量4億m3，一般來(lái)水來(lái)沙條件，可解決今后1520年沉沙問(wèn)題。5.2工程建設(shè)費(fèi)用大大降低，提高了投資效益淤臨沉沙利用黃河北大堤作為一面堤壩，節(jié)省筑壩工程投資的1/3，由于所占用皆為地勢(shì)低洼的不宜耕種的非耕地，采取期滿淤平造地還耕，換淤輪耕的辦法，實(shí)現(xiàn)了淤地改田的良好效益。因此只做一次性補(bǔ)償，省卻大量土地征占費(fèi)用。沉沙造壩建兩用水庫(kù)以廣南一號(hào)沉沙池為例進(jìn)行投資比較，該工程通過(guò)對(duì)舊沉沙池的改造，形成“人造小黃河”式的環(huán)形沉沙條渠，投資660萬(wàn)元?！叭嗽煨↑S河”式沉沙池自然圍成的水庫(kù)按蓄水深度1.5m計(jì)算，容積為2000萬(wàn)m3。按照當(dāng)年價(jià)格水平，在東營(yíng)地區(qū)要新建一座2000萬(wàn)m3水庫(kù)，需要投資1億元，可以說(shuō)，在廣南一號(hào)沉沙池投資660萬(wàn)元，就形成了2000萬(wàn)m3蓄水能力。5.3降低了運(yùn)行成本人造小黃河式沉沙條渠水位抬高，減少二級(jí)泵站提升入庫(kù)電耗。隨著時(shí)間推移，寬大的環(huán)狀圍堤的逐步形成，蘆葦草體生長(zhǎng)形成軟性防護(hù)，蓄水運(yùn)用安全