黄河下游水旱灾害治理措施的研究(何富荣,胡春宏)

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黄河下游水旱灾害治理措施的研究

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何富荣胡春宏水利论文nYcRn Qt

(1.胜利石油管理局;2.中国水利水电科学研究院泥沙所)水利论文.p} f`f#t U

摘要:在防洪抗灾及水沙利用的生产实践过程中,胜利油田提出了适合黄河特点的取水工程系统和堤坝施工工艺;与此同时,得出了引黄取水必须与河道治理相结合,必须遵循水沙运动自然规律的结论。水利论文q"[(N#CfTz

关键词:取水工程;堤坝;黄河下游;胜利油田水利论文d? H"`'`*B!fV

基金项目国家自然科学基金和水利部联合资助项目(59890200)

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作者简介:何富荣(1941-),男,胜利石油管理局教授级高工。水利论文(\+` djf4n@

  胜利油田是中国第二大油田,也是黄河下游最大的企业,主力油区位于黄河入海口两侧,黄河洪水、内涝积水、风暴潮时的海水、黄河断流造成的严重缺水,使油田面临水旱灾害的严重威胁。一方面要修建大量的引黄取水工程,一方面又要修建海堤,承担黄河治理、油区防洪排涝等任务,水利工程要干的事很多也很急,资金短缺的问题又起着很大的制约作用。水利论文`|@0kb*W!M~|

  面对严重的水旱灾害和资金、技术等多种问题,油田的水利工作者坚持实事求是的原则,坚持开展三结合的科技攻关,并与中国水科院泥沙研究所进行合作,大力开展水沙综合利用的试验和研究。几年来,在利用黄河水沙自然规律解决油田面临水旱灾害方面,走出了一条新路,不仅缓解了油田自身面临的各种矛盾,对于解决黄河下游地区水旱灾害问题具有十分重要的现实意义。水利论文,ei/V6{K,_z

1 抗旱蓄水,形成引黄取水系统工程新模式

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  随着黄河流域引水能力不断增加,下游断流状况十分严重,以1997年为例,一年之中油田所在地区的黄河断流长达282天,水资源问题成为一个生存和发展的重大问题。黄河一方面总水量不足,另一方面水量在时间分配上又非常不均。面对这种情况,在下游平原地区修建水库,尽量利用汛期水多时引蓄黄河水,实现丰蓄枯用无疑是缓解断流缺水的一项重要措施。

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  多修水库,汛期蓄水,必须解决两大难题,一个资金问题,一个汛期高含沙量引水的技术难题。胜利油田经过两年多时间不断探索和试验,创造了一套引黄取水系统工程新模式,有效

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地解决了这两大难题。

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  引黄取水系统工程主要包括引黄水闸、引黄水渠、提升泵站、沉沙池和水库这样五个部分组成。解决建设资金问题、高含沙引水的技术问题,都必须围绕这几个环节作文章。油田的水利工作者对引黄取水系统工程的每一个环节都进行了重大的改进和创新,取得了巨大的经济效益,水利工程总造价降低2/3,同时也成功地解决了引输高含沙量黄河水的技术难题。水利论文 vC7u$| V$K,N,?N@&b

1.1 引黄水闸

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  引黄水闸创造了水力插板引黄闸,工程造价节省50%以上,抵抗洪水冲击破坏的能力进一步提高,同时也为引黄沉沙淤临固坝创造了条件水利论文6g,ei f]+b W6N0B

1.2 引黄输水渠道和提升泵站

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  ①采用复式断面引黄渠,节省工程投资50%以上,它符合黄河流水大水漫滩、小水归槽的自然规律,增强了引水输沙的能力。

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  ②创造了水力插板浮动泵站,节省工程造价60%以上,更重要的是这种泵站在渠道来水量降低时泵站下行增大了渠道来水比降,水流速度加快,溯源冲刷的效果十分明显。

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  通过复式断面渠道优化流水断面和浮动泵站增大流水比降这两项重大的技术改进,成功地解决了引黄输水渠道泥沙淤积这一技术难题。现场运行情况表明,实现了渠道不沉沙、不清淤,随着运行时间延长,渠道的过水能力都有所增大。

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1.3 沉沙池与水库

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  黄河水在沉沙池中将泥沙沉积下来,清水经过提升泵站进入水库。沉沙池和水库是引黄取水系统工程中投资最大的项目。传统模式这两项工程是分开单独建设的。胜利油田的水利工作者科学的运用了黄河水中泥沙含量高这一自然规律,把两项工程合成一个整体,在需要建设水库的地方,首先建两条导流土堤把水库包围起来,让高含沙量的黄河水在两条导流土堤组成的“人造周边小黄河”中向前流动。经现场实际测量显示,泥沙按照1/7000的比降有规律地淤积和不断向前延伸。在这条人造小黄河中,河堤、河滩、滩唇、河槽以及形成河槽之前的拦门沙都显现得十分清楚。“人造小黄河”在泥沙淤积过程中很快变成“地上悬河”,高于地平面的河床体就是一条最理想的水库堤坝。它的坝体宽大,泥沙供给源源不断,堤坝不断加高加大,水库容量也不断增加。

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  由于河床体高于地面,又有淡水供给,芦苇生长异常繁茂,盘根错节的芦根自成了堤坝的天然防护层,增强了平原水库安全蓄水能力。

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  从工程投资方面比较,目前胜利油田按传统模式建设一个3000万m3的水库,需要投资2亿元,平均每1m3库容6.7元,而采用“人造周边小黄河”的办法将广南1沉沙池改建成一个2000万m3的水库,总投资660万元,平均每1m3库容0.33元,经济效益十分可观,安全蓄水状况也得到改善,节省了二级提升的运行费用。随着时间的延长,堤坝不断加高加大,为在平原地区建设高坝水库打下了基础。

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2 防洪渡汛,创造堤坝建设新工艺水利论文0H gt4zNZ

  建设一种防洪能力强、工程造价低、平时不维护、洪汛时期不抢险的堤坝是人们多年来的愿望。水利论文 d+i{7y\

  胜利油田在治理黄河、修建水库、预防海上风暴潮的工作中,修建了大量的堤坝,在实践中也深刻地认识到,平原地区修建堤坝具有建设时工程投资大、平时维护工作量大、洪水到来时防守难度大的特点。为改变这种局面,近两年来胜利油田创造了两种特殊类型的堤坝。

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  一种是利用黄河水中泥沙多的特点,通过建造“人造小黄河”的办法引导黄河水自流沉沙造坝,生物植被作为堤坝的防护层,目前油田已将这种堤坝广泛运用于建设平原水库和加固黄河大堤的工作之中。水利论文)Bopr0\ Id

  另一种是胜利油田的水利工作者把石油工业中多项专用技术与堤坝建设的需要结合起来,创造了一套水力插板工艺技术。运用这种技术建成水力插板堤坝,具有十分独特的优势,一是堤坝根基深,抗水毁能力强。它的根基深度可以按照最大洪水冲不坏的原则来设计。例如目前用在黄河上作为控导工程的挑流堤坝,有的堤坝根基进入地层已达12~15m。如果按传统模式建设堤坝,要求根基达到这样的深度是很难办到的。二是工程造价低。以用于黄河上的控导工程堤坝为例,水力插板堤坝与传统土石结构相比,每延长米工程造价降低2/3。三是平时维护加固工作量少,不需要大量抛入毛石进行加固。四是施工速度快,使用范围广。由于它省掉了工程建设中开挖基础坑、打降水、打基础的工作量,因而施工速度快,使用范围也很广。目前已应用于黄河控导工程、海岸防潮工程、水库围堤、河道护岸堤、水中防浪堤、停船码头、水中人工岛、地下水库、污水处理池、泵站泵前池、排水河道、引水渠道、涵洞、渡槽、水闸、公路桥等各类工程之中,并由陆上施工发展到水上施工,显示出极大的优越性。这项技术已进行了专家鉴定,获得国家专利,在第十二届全国发明展览会上获得金奖。作为一种堤坝建设新的类型,它的推广使用,将会在防洪防汛工作中发挥重要作用。水利论文y!]VrJ C

3 黄河治理,科学利用黄河水沙的自然规律水利论文Y"DU+}/n kR/`

  黄河是一条多泥沙河流,在黄河下游是“地上悬河”,治理黄河是一件大事。在黄河下游实施“挖河固堤,变黄河为相对的地下河”的措施,是非常必要的,是一个长治久安的大事情。把泥沙从河槽中挖出来,搬运到大堤边加固堤坝,一般采用人工、机械或挖泥船来完成这一任务,但需要大量的投资,普通的河流也只能采取这种办法,对于黄河则应该充分利用它特殊的自然规律,以黄河水为载体,在引黄取水过程中,把泥沙从河槽中搬运到大堤边加固堤坝。胜利油田的实践证明,这件事不仅办得到,而且综合效益非常好。

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  黄河的特点是“水中泥沙多”,在平原地区是“地上悬河”,在两条大堤内又是“二级悬河”。对于黄河这些特殊的自然规律,不但要看到它有害的一面,更要看到它有利的一面。对有利的一面,只要加以利用,将发挥巨大的经济效益。例如胜利油田利用黄河“水中泥沙多”的自然规律建设平原水库,使工程施工费用降低90%以上;利用黄河是“二级悬河”的自然规律,在黄河滩唇上建设水力插板引黄闸,自流引水到大堤边淤临沉沙固坝,引黄取水得到了清水,水中泥沙又加固了黄河堤坝。目前胜利油田在黄河大堤前已建成这种条形沉沙池35.28km,总容量4068万m3,现已淤积泥沙1000多万m3,不仅节省了大量的人工挖河固堤费用,而且改善了环境面貌。用人工或机械挖运堆积起来的泥沙,很容易造成沙害,红土盖顶不仅耗费资金又要损坏一些良田。而在引黄取水过程中沉积起来的泥沙,生态状况十分良好。如果黄河下游的引黄取水都能做到只取清水不取泥沙,把泥沙全部留在大堤跟前加固堤坝,黄河将很快变成相对地下河。水利论文I4tLf;t

  从胜利油田的实践中我们深刻认识到,黄河治理,必须加强黄河水沙自然规律的研究,必须把引黄取水与治理黄河这两件事科学地结合起来,只要充分利用黄河特殊的自然规律,就能收到事半功倍的效果,反之则可能造成一些进退两难的局面。例如黄河的防汛方针是“上拦下排、两岸分滞”,我们认为,黄河的洪水拦得住就拦,拦不了的就排,“上拦下排”是无可非议的。“两岸分滞”从理论上讲也可以,但真正实施起来,困难很大,后遗症也很大,不管河南的北金堤还是山东的东平湖,都存在这一问题,究其原因,主要还是缺少黄河水沙综合利用的研究和分析。以山东东平湖为例,只看到东平湖有一定的库容量,在黄河危急时期可滞留一部分洪水,但对泥沙怎么办的问题相对考虑较少,以致形成目前这种工程建成之后又想用又不敢用的被动局面。如果能够参考胜利油田建设平原水库的办法,把黄河水流进东平湖的方式作一下改进,先在东平湖岸边筑起两条导流土堤,让入库的黄河水先在这两条土堤形成的“人造小黄河”中把泥沙沉积下来,泥沙加固了东平湖的堤坝,清水入库增加了东平湖的淡水资源,黄河的汛情也得以缓解,一举三得,大家都高兴,实施起来就比较容易。水利论文l;q sNZ+^;^

  我们认为,黄河治理就应该加强黄河水沙规律综合研究和利用。在黄河下游形成一个引水、固堤、分洪三位一体的系统工程,采取“以黄治黄”的办法,才能达到根治黄河的目的。

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  首先应该把引黄取水与加固堤坝的工作结合起来,利用黄河是“二级悬河”的自然规律,开展引水沉沙淤临固坝。利用黄河是“地上悬河”的自然规律,开展引水沉沙淤背固坝,在此基础上搞好统一规划,尽快把黄河南北两岸大堤外的导流土堤连接起来,使其全线贯通,造成一个平时三河流水(中间一条主黄河,两岸大堤外各有一条人造小黄河)、洪汛危急时刻三河入海(黄河、海河、淮河)的格局。实施这一方案,除了可节省大量的治河资金外,主要是能同时达到三个目的,一是引黄取水可以从渠道中直接得到清水,节约了大量的清淤费用,也防止了土地沙化,保护了环境。二是水中泥沙按规定的路线全部排列在大坝外侧,不断加高加固堤坝,可达到使黄河变成相对的地下河的目的。三是在黄河发生洪汛时刻,可按照黄委会的统一指令,河南、山东两省的各个引黄水闸都能够打开,共同发挥分洪削峰的作用,使一部分黄河水北走海河,南走淮河,形成一个三河入海的局面,通过分水入海达到防洪减灾的目的。胜利油田的实践证明,高含沙黄河水在大堤旁边条形沉沙池中变成清水,不仅可能而且是非常简单的事,只要作到了引黄干渠中只走清水不走浑水,三河入海的措施就能够实施。按照目前这种引黄取水的办法分洪入海只能是一句空话。我们认为,把集中的分洪分滞改变为全线的分洪分输,把“两岸分滞”的措施逐步调整为“两岸分输”,不仅可以做到,而且能够取得更好的效益。

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  胜利油田地处黄河最下游,在与水旱灾害作斗争的过程中,逐步形成了一整套胜利特色的水利工程建设模式,节省了巨额的建设资金,有效的缓解了水旱灾害造成的威胁,具有十分重要的意义。建议国家有关部门组织专家到现场考察调研,为解决黄河下游的水旱灾害,为治理黄河多提供一些对比资料,使之尽量形成一个更合理、更优化的实施方案。

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