简要信息

【获奖类型】应用一等奖

【任务来源】水利部水利科技重点项目、滨州市水利局、

滨州市小开河引黄灌溉管理局

【课题编号】泥-0203212007

【课题起止时间】1993年4月～2008年12月

【完成单位】中国水利水电科学研究院

滨州市小开河引黄灌溉管理局

滨州市水利局

【主要完成人】曹文洪、王景元、戴 清、傅建国、庞启航、张治昊、韩小军、王艳华、丁殿滨、胡 健　

立项背景

20世纪90年代，黄河下游尤其是黄河河口三角洲地区面临水资源供需矛盾十分严重的局面，黄河断流不断加剧。为解决滨州地区30万人的饮水困难和重要粮棉产地农业灌溉任务，为鲁北化工集团及沿海地区开发提供淡水资源，改善区域的生态环境和工农业生产结构，改善基础设施落后状况，山东省决定在“八五”期间对原小开河灌区进行扩建。

由于小开河灌区处在狭长地形地带，可选择的引水口位置有限。小开河险工坝后无自然沉沙条件，而下游无棣境内有可供沉沙的大量盐碱荒地，必须长距离输沙。为此，1993年滨州市委托中国水科院泥沙所，在小开河灌区规划设计阶段，首次通过泥沙模型试验，对输沙渠的设计参数进行科学论证。为深入研究输沙渠长距离输送这一关键技术，1995~1998年承担了水利部水利科技重点项目（29420）“黄河小开河引黄灌区泥沙长距离输送的观测研究”，开展了泥沙长距离输送的机理研究。在这一全新的设计理念并进行科学论证的基础上，小开河工程于1998年11月建成，投入运行10年以来，成功实现了泥沙的长距离输送，水沙资源得到了综合利用。在迎来小开河灌区建成10周年之际，受滨州市水利局的委托，中国水科院泥沙所和小开河引黄灌溉管理局，从2008年春灌期开始，在输沙渠沿线布设测验断面，进行流量、含沙量及悬移质级配等观测工作；从设计、科研和运行3个方面，全面总结这一成功的引黄灌溉模式，为黄河下游引黄灌溉提供全新的经验。总结了小开河输沙渠长距离输送的成功经验，分析了实现泥沙长距离输送的机理，提出了泥沙长距离输送的定量指标。通过模型试验成果与实际运行结果的对比分析，表明“类比法”比尺模型试验方法确定含沙量比尺的试验技术是特定条件下一种新的成功尝试。　

中国水科院泥沙所经过长达15年的跟踪研究，对小开河引黄灌区从规划设计、建设直至运行管理的全过程进行了系统研究，研究成果是黄河下游引黄灌区设计、建设、管理运行中全新的宝贵财富，对整个引黄灌区可持续发展具有重要的指导意义。

详细科学技术内容

（1）干渠冲淤平衡。小开河灌区运行10年，沉沙池设在灌区中游51km处，输沙干渠冲淤平衡，开创了引黄灌区干渠全新的运行模式，实现了引黄灌区的可持续发展。

（2）泥沙长距离输送。小开河灌区泥沙长距离输送的成功实践，表现为：通过输沙渠将总引沙量的45.4%输送到51km外沉沙池的线上泥沙长距离输送，将总引沙量的50.6%分沙入支渠容沙区和田间的面上泥沙长距离输送，总引沙量的4.0%淤积在输沙渠，输沙渠基本实现年际间的泥沙冲淤平衡，这是小开河灌区实现泥沙距离输送的标志性指标。

（3）支渠引水分沙。小开河输沙渠之所以能实现泥沙长距离输送，是以其特有的设计理念，经过实体模型试验论证设计参数，利用有利的地形条件，将渠首26km渠段设置成渠地上渠，充分利用其沿渠原有排水沟成为支渠，支渠引水口门间的高差形成有利的引水分沙态势，造成输沙渠口门自下而上的冲刷。这是小开河灌区输沙渠长距离输送的突出特点。

（4）泥沙模型试验。首次提出了“类比法”比尺模型试验方法，解决了缺乏资料条件下，确定含沙量比尺的试验技术。即基于对引黄灌区输沙渠具有与河道不同的水沙条件和规则的边界条件，提出了挟沙水流相对平衡含沙量概念；依据已有灌区输沙渠的挟沙能力，利用渠道水流挟沙能力比值关系推求新建引黄灌区输沙渠的水流挟沙能力，确定含沙量比尺。经过小开河灌区10年运行结果的对比分析，表明该方法是成功的。

（5）冲淤关键因素。输沙渠泥沙冲淤的年际变化表明，输沙渠年际间的冲淤是由引水引沙条件和工程运行情况决定的。保持支渠口门的通畅，形成有利的分水分沙条件，使更多的泥沙通过分沙进入容沙区，将极大改善输沙渠挟沙水流的输沙能力，使更多的泥沙输送到沉沙池。沉沙池入口处需保持有利的水流状态，避免沉沙池口门泥沙淤积造成入口处向输沙渠的溯源淤积。

（6）大流量避沙引水。输沙渠泥沙冲淤的年内变化表明，输沙渠年内的冲淤是在一定的引水流量条件下，大含沙量引水的淤积和小含沙量引水的冲刷所导致，应尽量避沙峰引水。小开河地处黄河河口段，引水保证率面临巨大的挑战，引水时大时小、时引时断，非常不利于挟沙水流的输沙。实际运行中采取尽可能在部分时段加大引水流量引水。

（7）泥沙的综合利用。大量泥沙通过输沙渠沿线支渠引沙进入容沙区和田间，进入容沙区的泥沙被广泛用于高速公路建设、新农村建设和城市建设。输沙渠沿线因土方施工开挖的洼地，通过引沙放淤造地2000余亩；输送入沉沙池的泥沙，除了淤改土地1500余亩外，被广泛用于生产建筑材料、以及其他农用、药用等方面，突出反映了泥沙资源化的广阔前景。通过灌区经济效益分析，仅农业产值从工程兴建前的6.03亿元增至2007年的23.94亿元，增加了近4倍。

（8）优化配置模型。采用层次分析法，建立了引黄灌区水沙资源多目标优化配置数学模型，给出了在设计引水引沙条件下小开河灌区泥沙配置模式：约60%的泥沙通过输沙渠沿线支渠入容沙区和田间；约30%通过输沙渠输送至沉沙池；约10%的泥沙淤积在输沙渠，基本保持输沙渠年内或年际间的泥沙冲淤平衡，为泥沙利用提供最为有利的条件。

发明及创新点

（1）根据黄河悬河水位高和临黄区比降大的特点，将渠首26km渠段设置成地上渠，充分利用支渠引水口门间的高差，形成有利的引水分沙态势，提出了泥沙长距离输送的设计理念。

（2）首次提出了“类比法”比尺模型试验方法，解决了缺乏资料条件下，确定含沙量比尺的试验技术，经过小开河灌区10年运行结果的对比分析，表明该方法是成功的。

（3）采用层次分析法，建立了引黄灌区水沙资源多目标优化配置数学模型，给出了泥沙优化配置模式和指标。

（4）提出了泥沙长距离输送的科学调度方案，即引水流量原则上不小于设计流量的3/4，尽量避开黄河含沙量高峰期引水，及时清除淤积杂草保持输沙渠畅通，控制沉沙池进、出流量等。

（5）小开河灌区10年运行表明，总引沙量的50.6%进入支渠容沙区和田间，4.0%泥沙淤积在输沙渠，用30%的水将45.4%的泥沙输送到51km外的沉沙池，实现了泥沙长距离输送及合理分布，进入沉沙池区和支渠容沙区的泥沙得到了充分的利用，促进了引黄灌区的水沙综合利用和可持续发展。

（6）首次在引黄灌区建立了泥沙实验室，培养了泥沙观测队伍。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

本项目研究紧密结合引黄灌区的关键技术问题，采用现场观测、资料分析、理论分析、数学模型计算和实体模型试验相结合的技术手段，以维持引黄灌区可持续发展为目标，以实现泥沙长距离输送为切入点，围绕水沙资源利用和有效配置开展研究，历时15年，对小开河引黄灌区从规划设计、建设直至运行管理的全过程进行了系统研究，其中首次提出的“类比法”比尺模型试验方法、建立的引黄灌区水沙资源多目标优化配置数学模型、提出的泥沙长距离输送的科学调度方案、泥沙长距离输送的标志性指标、首次在引黄灌区建立了泥沙实验室等几个方面较同类研究有新的进展，被鉴定委员会专家评为居国际领先水平，提升了该研究领域的理论水平。

成果应用情况及社会经济效益

本项目研究成果已在滨州市的引黄灌区得到广泛应用，经过灌区六个县区（无棣县、沾化县、阳信县、惠民县、滨城区、滨州经济开发区）应用表明，仅农业产值从工程兴建前的6.03亿元增至2007年的23.94亿元，增加了近4倍。研究成果在簸箕李、韩墩、位山等引黄灌区节水改造与续建配套工程得到应用，减少了泥沙淤积，降低了清淤费用，避免了环境恶化。在引黄灌区具有典型性、示范性和代表性，为同类大型灌区规划、设计、建设和管理运行提供了可供借鉴的成功模式，具有很大的推广应用前景。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

本项目研究紧密结合引黄灌区的关键技术问题开展了系统研究，其研究成果已在滨州市的引黄灌区得到广泛应用，具有典型性、示范性和代表性。因此，希望本研究成果能够继续在引黄灌区推广、应用。

空中鸟瞰小开河引黄闸