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放淤“淘”沙 科技为魂

来源:黄河网 作者:刘自国 发布时间:2004-08-17 08:27 浏览次数:

如果把人工塑造异重流的成功誉为黄河第三次调水调沙试验最精彩的华章,那么,小北干流放淤试验的精彩华章莫过于淤粗排细

  2004年7月27日,经过广大治黄科技工作者的精心试验,黄河小北干流放淤试验的首轮结果呈现在世人的面前:放淤闸处高达20%至30%的粗泥沙,经过两处弯道溢流堰的分选和淤区部分的沉淀,到达退水闸时已不见了踪影。经过严格的泥沙颗粒分析,从退水闸排入黄河的泥沙全部为粒径小于0.05毫米的细泥沙。

  这表明此次放淤试验中最为关键的环节,也是治黄人经过长时间苦心设计、处心积虑为之追求的淤粗排细目标,已经于7月27日在山西小石嘴连伯滩放淤区成功实现。至此,人们解决黄河泥沙问题以及对黄河客观规律的认识又向前延伸了一大步。

为何要进行淤粗排细

  泥沙是黄河治理开发和防洪的一个重要影响因素。为解决黄河的泥沙问题,长期以来,特别是新中国成立以来,几代治黄工作者进行了不懈的努力和探索。从水土保持固沙到修建水利枢纽拦沙,从挖河固堤到调水调沙试验,相继在黄河上实施了拦、排、调、放、挖的措施治理泥沙,并取得了一定的经验。

  经过潜心研究和分析,治黄科技工作者发现,黄河难治的症结关键还在粗泥沙。黄河下游河床的淤积物里面,绝大部分都是直径大于0.05毫米粗颗泥沙,而细颗粒泥沙却可以让水流带进大海。科技人员还找到了淤积的祸首”——黄土高原7.86万平方公里多沙粗沙区。

  于是,一个大胆的设想喷薄而出,在推进黄河治理开发中,只要树立强烈的粗泥沙意识,以控制粗泥沙为目标,就可以获得事半功倍的效果。

  在经过大量查勘和论证后,黄委党组把目光转向小北干流,果断决定,在黄河小北干流这个拥有600平方公里的广阔滩区,正式启动以淤粗排细为终极目标的放淤试验。

  显然,此次放淤试验不是简单地将水沙漫流到低洼地里,沉淀后,放出清水。它要考虑多方面的因素,既能把高含沙水中的粗沙下来,又能让细颗粒泥沙回归大河。

  重大的战略构想与巧妙的设计思维,让黄河小北干流放淤成为我国治黄史上为数不多的一次治沙兴利大手笔。

注入科技的淤粗排细

  淤粗排细几个汉字的简单组合,却包含了沉甸甸的科技含量。由于既无先例可循,也无经验可借鉴,同时水流含沙量、下泄流量及历时等一系列临界参数值均处于试验摸索阶段,而且试验期间的来水来沙情况受制于天气及其预测水平和精度、水流在淤区中演进存在的不归一性等,这些不确定性因素使试验变得异常复杂。

  毋庸置疑,这是一个完完整整的系统工程,是一个科技含量相当高的试验工程。

  首先,淤粗排细离不开泥沙分选,这一过程的实现要借助水力学原理,靠水力自然的力量。那么如何才能通过科学试验来实现粗沙和细沙的分选呢?这就要求在淤区布置上,在工程措施上要认真研究。

  承担放淤工程设计的技术人员认真研究分析不同弯道半径的分沙比、淤区的长度控制、水和沙在淤区的停留时间等诸多因素对淤粗排细目标的影响。最后确立了试验工程在输沙渠上下设置两个弯道、每个弯道凹岸设立溢流堰,并在淤区设置一纵一横格堤的试验方案。同时遴选出这样的放淤调度指标:试验大河流量参考龙门水文站500立方米每秒~20000立方米每秒控制放淤闸;试验时的含沙量大于50千克每立方米;退水闸对应的当地大河水位低于375.3米

  作为试验中关键环节的弯道设计,技术人员更是精益求精。由于弯道曲率半径越小,弯道的环流强度和横向流速越大,表层的引水宽度越大,分选泥沙的效果也应该越好。但是,当弯道半径特别小时,弯道环流强度剧烈,此时掺混作用也加剧,可能会使泥沙颗粒的垂线分布及含沙量的垂线分布更均匀。为便于寻找弯道半径的下限和更优的弯道布置方案,设计人员设计的两个弯道半径分别取4倍、2.5倍的河宽,以达到试验研究的目的。此外,考虑输沙渠输沙对比降的要求、地形条件以及输沙比降加大后对淤区堆沙容积的影响等因素,采取了科学的比降。

  与此同时,实验室中的模型放淤试验也在进行,通过在模型放淤试验上复演放淤试验过程,观测放淤区沿程水位、冲淤变化、含沙量的变化,进一步检验放淤试验设计的合理性以及试验的准确性。同时,在模型放淤试验中还可观测到原型放淤中难以观察和采集到的更为广泛的资料,通过联动对取得的实验数据进行合成分析、互为验证补充。

  当然,仅有工程措施还不够,放淤的关键就在一个字。试验期间,为了更好地预测未来中游地区来水来沙情况,黄河水文部门运用先进手段对天气系统进行实时监控和分析,及时预报黄河的流量、含沙量和颗粒级配情况;专门配备激光粒度分析仪,利用激光技术6秒钟就能分析出泥沙粒径的结果,及时获取粗沙的比例,判断是否满足放淤的要求。正是依靠实时滚动的监测数据,试验指挥部才在什么时间打开放淤闸,开度是多少,开多长时间,决定退水闸什么时候开闸等调度指令的下达中得心应手。

  如今,黄河小北干流第四轮放淤试验已经完成,各种资料证明,这是一次充分运用现代高科技成果,通过人工手段,利用自然的力量改变黄河不平衡的水沙关系,塑造一种理想水沙关系的大胆尝试,是运用自然规律推动黄河治理的开拓性工作,必将在治黄史上留下浓重的一笔,也必将为实现几代黄河人的梦想和维持黄河健康生命中作出积极贡献。

 

 

【责任编辑】张西宁