山西省中部引黃工程取水口含沙量試驗(yàn)分析

郭 偉

（山西中部引黃水務(wù)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030002）

0 引言

高含沙引水與引洪淤灌是充分利用水沙資源，解決干旱，達(dá)到改土增肥、糧棉增產(chǎn)的有效措施。隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水逐年增多，從天然河道中引水成為水利工程中常見(jiàn)的取水措施。黃河中游位于黃土高原，黃土厚度大，分布廣泛，特殊的地理狀況增加了引水工程建設(shè)的難度。

為滿足山西省工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，擬在黃河上游山西省中部進(jìn)行引水工程。山西省中部引黃工程取水口選擇在天橋水電站庫(kù)區(qū)左岸，距水庫(kù)大壩約0.5 km，取水口設(shè)計(jì)為無(wú)壓取水，設(shè)計(jì)最低取水水位830.0 m，最高取水水位834.0 m，設(shè)計(jì)取水流量23.55 m3/s，規(guī)劃年供水6.02億m3，其中黃河干流取水3億m3。當(dāng)黃河水日含沙量大于5 kg/m3時(shí)，工程不引水，全年不引水天數(shù)分布在3月份凌汛期和7—9月份汛期，總計(jì)約68 d。由于特殊的引水位置，山西省中部引黃工程存在引水必引沙的問(wèn)題，故含沙量是引水工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。

1 含沙量試驗(yàn)布置

山西省中部引黃工程取水口在天橋水電站水庫(kù)大壩上游約0.5 km的左岸處，在壩上黃淤1和黃淤2（義門(mén)站所在斷面）之間。

考慮取水口前的開(kāi)挖和主河道流向情況，在距天橋水庫(kù)大壩約0.5 km選擇采樣點(diǎn)3處：1號(hào)采樣點(diǎn)在沿進(jìn)水塔軸線距進(jìn)水口100 m處，靠近主流區(qū)，主要反映主河道主流區(qū)進(jìn)入取水口附近的泥沙情況；2號(hào)點(diǎn)在凹形岸線內(nèi)近岸區(qū)，主要反映沿岸斜向進(jìn)入取水口附近的泥沙情況；3號(hào)點(diǎn)在沿進(jìn)水塔軸線距進(jìn)水口20 m處，主要反映正對(duì)進(jìn)水口的泥沙情況。3個(gè)采樣點(diǎn)均位于進(jìn)水塔附近，可基本反映出取水口附近的泥沙分布情況。在實(shí)際采樣中，由于取水口位置的改變和電站放水運(yùn)行，水中準(zhǔn)確定位比較困難，故加測(cè)3個(gè)采樣點(diǎn)，共計(jì)6個(gè)。其中，6號(hào)采樣點(diǎn)位于水庫(kù)大壩上游約2 km。

2 懸沙采樣試驗(yàn)

懸沙試驗(yàn)依據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》，以三類(lèi)站標(biāo)準(zhǔn)取樣，從下游至上游依次選取6點(diǎn)施測(cè)，懸沙垂向測(cè)點(diǎn)安排在0.2 h，0.6 h，0.8 h位置。應(yīng)用統(tǒng)一確定的方法分別對(duì)單樣測(cè)量水深、水溫、施測(cè)取樣垂線的起點(diǎn)距等。

懸移質(zhì)測(cè)驗(yàn)儀器采用橫式卡蓋采水器QCC15A-2，下水前先將鋼絲繩與連接螺釘通過(guò)卸扣聯(lián)接，將采水器的兩個(gè)卡蓋打開(kāi)后，把單絲卡環(huán)套入掛鉤中，采水器下放至指定水深時(shí)啟動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)釋放，上下蓋即可同時(shí)關(guān)閉，完成取樣后放入2 L標(biāo)準(zhǔn)瓶?jī)?nèi)密封保存。

3 含沙量試驗(yàn)

含沙量試驗(yàn)依照《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》進(jìn)行水樣處理，并用烘干法測(cè)取含沙量。

3.1 樣品處理

水樣處理符合規(guī)范中對(duì)儀器和泥沙實(shí)驗(yàn)室的一般規(guī)定。水樣處理的沙重大于0.5 g，符合過(guò)濾法所需最小沙重要求。按規(guī)范要求進(jìn)行過(guò)濾法水樣處理。濾紙選用質(zhì)地緊密、堅(jiān)韌，烘干后吸濕性小和含可溶性物質(zhì)少的濾紙。試驗(yàn)前均勻晃動(dòng)水樣并用攪拌棒攪拌使水樣均勻，取水樣約200 mL，利用潔凈的1000 mL量筒量取水樣體積。水樣注入量筒后，把量筒放在平整的桌面上，靜置1～2 min，使附著在內(nèi)壁上的液體流下來(lái)，觀察刻度，視線與量筒內(nèi)液體凹液面的最低處保持水平，再讀出刻度值讀取所取水樣的體積數(shù)。將欲進(jìn)行試驗(yàn)的濾紙放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干，10 h后用鑷子取出濾紙。將電子天平放置在無(wú)陽(yáng)光直射的平整桌面上并進(jìn)行校準(zhǔn)和歸零。利用電子天平量取濾紙質(zhì)量，放入干燥器保存。在鋪好濾紙的漏斗內(nèi)加入適量清水，再將提取水樣利用濾紙進(jìn)行過(guò)濾。傾倒水樣進(jìn)行過(guò)濾時(shí)要保持垂直，漏斗的頸部尖端緊靠接收濾液燒杯嘴部的內(nèi)壁，每次傾倒的水樣不可超過(guò)濾紙高度的2/3，防止濾液不通過(guò)濾紙而由壁間流出。過(guò)濾至無(wú)成形水滴滴下時(shí)，將濾紙封存，移入恒溫鼓風(fēng)干燥箱，在溫度為100～110℃時(shí)烘干。10 h后取出烘干后的沙樣，移入干燥器中冷卻至室溫利用電子天平稱(chēng)重。電子天平選擇HF-200 g/0.01 g，恒溫鼓風(fēng)干燥箱型號(hào)為DHG-9023A。

3.2 可溶性物質(zhì)含量試驗(yàn)

為校正濾紙可溶性物質(zhì)對(duì)含沙量測(cè)量的影響，進(jìn)行可溶性物質(zhì)含量的試驗(yàn)。從選用的濾紙中隨機(jī)抽出3張進(jìn)行編號(hào)，放入烘杯。在溫度為100～105℃的恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘2 h，稍后將烘杯加蓋移入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱(chēng)重，再將濾紙浸入清水中，經(jīng)相當(dāng)于濾沙時(shí)間（30 min）后，再次放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干3 h，取出冷卻稱(chēng)重，算出平均每張濾紙浸水前后的烘干重量，其差值即平均每張濾紙含可溶性物質(zhì)的重量?？扇苄晕镔|(zhì)重量與泥沙重之比小于2%。濾紙稱(chēng)量不需要采用浸水后烘干濾紙?jiān)俜Q(chēng)重的處理。

3.3 含沙量計(jì)算結(jié)果

兩次試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4 結(jié)論

試驗(yàn)采樣點(diǎn)位于距天橋水電站上游約0.5~2.8 km處，天橋水電站為河道式徑流調(diào)峰電站，在山西電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，采樣時(shí)正值水庫(kù)運(yùn)行期，水位有壅水和回水現(xiàn)象，含沙量的垂線分布不明顯。

全樣品中，單一樣品第一次試驗(yàn)最大含沙量為3.7 kg/m3，最小含沙量為2.07 kg/m3，平均值約為2.92 kg/m3；單一樣品第二次試驗(yàn)最大含沙量為3.65 kg/m3，最小含沙量為1.95 kg/m3，平均值約為2.94 kg/m3。

取水口附近樣品中（除去測(cè)點(diǎn)6），單一樣品第一次試驗(yàn)最大含沙量為3.52 kg/m3，最小含沙量為2.07 kg/m3，平均值約為2.84 kg/m3；單一樣品第二次試驗(yàn)最大含沙量為3.4 kg/m3，最小含沙量為1.95 kg/m3，平均值約為2.89 kg/m3。

表1 兩次試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果 單位：kg/m3

全樣品兩次試驗(yàn)平均垂線含沙量中，最大值為3.25kg/m3，最小值為 2.52kg/m3，平均值約為 2.93kg/m3。

取水口附近兩次試驗(yàn)平均垂線含沙量中，最大值為3.15 kg/m3，最小值為2.52 kg/m3，平均值約為2.87 kg/m3。