引黄应急调水工程的输水能力探讨
时间：2022-10-01 03:46:59
摘要：引黄工程是为了缓解天津用水情况紧张的局面，由国务院实施的从黄河调水的工程。调水过程的输水能力对输水调度和计划制定有着非常关键的作用，从近年来的输水实测资料，可以根据稳定输水阶段的渠道水流的特性，判断输水的能力，沿线各段的输水能力一直是需要进行深入研究的一个重要问题，因为输水能力的大小直接关系到如何制定输水方案。
一、引黄应急调水工程的重要性
天津是我国北方一座重要的工业型城市，天津的水资源严重缺乏，从上世纪八十年代起，缺水这一问题就已日趋严重。正是为了解决天津的缺水危机，我国政府特别于1981-1982年先后两次利用山东位山引黄灌区工程实施了引黄济津的应急调水工程。为了解决天津市缺水的问题，更是建设了引栾工程。引黄济津的线路是由聊城市位山闸饮水，而这条线路的供水目标众多，最后引入天津的水量不足以满足天津市的用水需求。根据相关的资料介绍，在2014年南水北调中线通水之前，天津市每年将会缺6亿立方米左右的用水，这一情况毫无疑问的严重影响了天津的社会经济发展。
引黄济津应急调水工程的输水线全长共580km，其中山东段105km，河北段335km，天津段140km。调水工程渠首是山东省聊城市的黄河位山闸，在引取黄河水之后经过位山三干渠道临清立交穿卫枢纽（倒虹吸），在河北省内进入清凉江、清临渠，经过清南连渠在泊头市进入南运河，向北贯穿至沧州、青县直至天津的九宣闸。进入天津之后，水流分成两路，一路沿子牙河和南运河，经西河闸注入海河的干流为失去供水，线路共长60km，另一路则经过马厂减河进入北大抗水库进行储存，结束引黄济津的吊水工程之后由北大港水库通过向洪泥河防水向市区进行供水。
二、引黄济津工程山东段的概况
正是由于天津的用水量在现有的供水线路中无法得到满足，按照水利部的要求，积极开辟了引黄济津的新线路。此次线路从我市的黄河潘庄渠首闸进行饮水，经过潘庄的总干渠至马颊河，然后经过沙杨河、头屯干渠、六五河、穿四女寺减河、岔河入南运河，直至天津市的九宣闸。
据相关部门的分析，经潘庄灌区的引黄技术是可行的。潘庄的引黄灌区量为年均9.5亿立方米，拥有约为170的时间，有着较大的引调水空间时间。并且1981-1983年潘庄灌区曾经两次向天津进行应急调水工程，送水总量达3.98亿立方米，有着成功的经验。
此条线路有以下三个亮点：
（1）减少了中途水资源的浪费。
潘庄渠首闸比黄河河底低1.8米，在黄河的水位低时能够顺利的进行，较少了对于黄河的水资源浪费。
（2）水质更好，增加水量。
由于受引黄新线路地貌的影响，引黄新线路的沿途能够实现三级沉沙，进入南运河的黄河水的含沙量会得到明显的减少。站在长远的角度来看，在南水北调的中线通水之后，潘庄线路仍然能够作为天津应急备用的水源，还可以为天津的农业和生态供水。同时，在工程中采取的倒虹吸和三级沉沙的工程设施，水质也将得到大幅的提升。
（3）大大缩短了引黄的时间和路程。
和引黄的老线路相比较，新的线路缩短了至少40公里，引黄的时间得到大幅的缩减。
由于我国水资源不断加剧的紧缺型式，国内长距离的吊水工程以后会越来越多，而国内对于长距离调水进行的研究主要集中在工程设计和规划、安全调节工程措施、防渗措施、调水对于环境和生态的影响、管理的相关机制。对于具体的糙率、渗漏模型等问题，国内外的学者早已进行了研究，在渗漏模型中以规则断面渠道为主，或者不考虑干涸渠道的输水初期的土层湿润中的渗漏率会随着时间的变化，导致研究的成果在实际操作汇总受到了限制，对非恒定条件之下糙率研究早有发现，当水深降低到一定的程度之后，糙率会随着水深的增大而减小，但其规律性还需要进行深入的探索，而长距离的渠道非恒定流条件下，分为多渠段的渗漏参数、糙率的同步反演的问题。
在现有相关的研究成果基础之上，以引黄济津的渠系输水能力作为主要的研究内容，对以下四个方面进行了重点的研究：
(1)在已有的渗漏模型的基础上进行改进，建立起适用于干河床水流推进过程改进渗漏损失的模型。
(2)由于输水渠道复杂的原因，在有较多分段的情况下同时反演渗漏参数、糙率参数，采用这种全面组合的方法，计算的工作量非常大，在现有的工作条件下许多问题不能完成，如果采用优化算法会由于产生过多的维数而形成维数灾，所以需要研究出一种计算量小、先进的参数反演方法。
(3)以以上的研究成果为基础，以计算机模型分析，计算各个渠道的输水能力。
(4)研究、升级引黄济津输水调度仿真系统软件，不仅便于进行工作，更是为以后的大跨度应急调水提供有力的经验和工具。
根据四个重点，从以下几点进行研究：
(1)收集、整理资料
确定项目的研究计划之后，第一阶段的主要目的是收集和整理资料。根据研究项目的需要，由山东省德州市河务管理处负责以下工作：收集和整理输水期间的流量、水位观测资料；观测并且分析历次的输水水流的推进过程；对输水的渠道进行断面测量；收集和整理输水渠道工程的现状情况。
(2)研究入渗和糙率模型
以德州1981-1983及河北省2000、2002、2003年的输水过程进行分析，对水流的推进和涨水阶段的入渗、糙率进行研究。
(3)研究输水能力
和上述的入渗、糙率模型研究同步，对输水的能力进行设计。首先从长距离输水的渗漏损失大这一特点，严格界定输水能力的概念；然后开发恒定流水面线的计算程序、非恒定流（退水、涨水、水流推荐阶段）的水里学计算程序，利用参数的反演结果进行水流模拟。
(4)升级引黄济津输水调度仿真系统软件
早在2004年就已经由相关部门研究出了引黄济津输水调度仿真系统，而在5年中，相关的技术指标、施工要求都有了小幅的变化，可以正常使用，但是为了更加便于日后的大跨度紧急调水工程，根据此次引黄济津潘庄线路应急输水工程山东段第四标段的工作经验和实际数据情况，对软件进行研发、升级，使该软件可以在日后的工程中发挥更大的作用。使用该软件不仅可以精确预测出各渠段的流量、水位，做到有计划的调度和调控，避免由于不当的调动产生过多弃水、危机工程的安全发生，促进引黄济津工程能够顺利的实施。
此次成果的应用不属于非工程措施，投入使用之后可以有效发挥引黄济津的作用，产生的社会效益和经济效益十分的显著。而水利工程有着间接效益和直接效益，而这两点都和输水能力的强度高低有着密切的关系。只有在工作中认真总结、分析，将我们在大跨度调水方面取得的成绩进行分析、研究、运用，才可以使工作有最高的效率，而随着我国调水工程的增加，对于输水性能的研究也会有着更加广阔的前景。
参考文献：
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[5]中国水利水电勘测设计协会，调水工程应用技术研究与实践[M]，北京：中国水利水电出版社，2009（7）：467-469
作者简介：陈伟真 ，民族：汉，出生年月：1980.01.10，籍贯：山东省德州市武城县，学历：大专，职称：助理工程师
