小浪底水库管道输沙的可行性分析

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1、1绪论1绪论1.1研究背景及意义黄河复杂难治，根在泥沙，在于水少沙多、水沙关系不协调。给黄河治理开发带来的直接问题是不仅造成黄河下游河道的不断淤积抬高和游荡多变；而且还造成水库的严重淤积，致使水库库容减少、效益发挥受到制约。小浪底水库是其中一例，小浪底水库1999年10月下闸蓄水，库区即开始发生淤积，截至2014年4月，小浪底水库实测库容即由3331999年8月的127.46亿m衰减为97.39亿m，泥沙淤积达到30.07亿m，其中干流淤33积24.66亿m，占总淤积量的82％，支流淤积5.41亿m，占总淤积量

2、的18％；水库“淤粗排细”设计没有很好实现，大约有70％左右的细泥沙和95％以上的中粗泥沙被拦在库内，而且水库在淤积的过程中，由于泥沙的自然分选作用，粗颗粒的泥沙大量淤积在库尾，比较细的泥沙则集中在坝前淤积。而且淤积也不是完全按照初步设计设想发展，出现了支流拦门沙端倪、库区淤积顶点向坝前推移过快、横断面平坦等不理想形态，非常不利于水库总库容的利用和水库异重流排沙，尤其是随着水库运用逐步进入拦沙后期，这一问题将越来突出和严重。为探索小浪底水库排沙出库途径和技术，黄委多次组织有关专家开会研讨，开展了“小浪底水库泥沙

3、启动、输移关键技术”和“小浪底水库汛前调水调沙的出库水流加沙初步方案”等专题研究，取得了一定成果。特别是河南黄河河务局承担完成的“小浪底出库水流加沙方案初步研究”得到了黄委多数专家的认同，普遍认为具备了进行中试试验的条件和要求，并鉴于理论研究与生产实际的巨大差距和小浪底水库的特殊困难条件，建议尽快开展中试试验研究，进一步验证方案的可行可靠性，搜集和测定相关生产中使用的参数和数据，为将来实际生产运行提供决策依据和支撑。“小浪底出库水流加沙方案”需要中试试验解决的核心数据很多，需要时间周期也很长，相比较而言，其中“

4、黄河泥沙高浓度远距离管道输送技术”是急需解决的关键难题之一。要求开展“高含沙水流远距离管道输送技术试验研究（水利部公益性行业科研专项经费项目）”对管道输送的泥沙级配、含沙量、流速等与阻力损失的关系进行分析，得到相应的输送规律，提出合理的关键输送技术参数，为今后大规模开展管道输沙提供参考。因此本次试验研究对真正意义上的最大限度实现水库清淤、改善库区淤积形态、促进水库自然排沙、延长水库淤积库容寿命、节约输沙用水、维持和稳定下游河槽等都具有十分重要和深远的意义。1.2国内外管道水力固体运输研究现状固体物料的管道输送是

5、指通过封闭管道实现液体(载体)和固体混合物两相运输的方式。由于通常用水作为载体，因此也称为水力输送。1.2.1管道输送的应用与发展概况管道输送的应用起始于19世纪中叶。位于加利福尼亚州的MerryWeather，盛产金矿砂的地方，当地的淘金者于1852年就通过管道来运输金矿砂。而人类则在1866年开始使用管道来运输砂子和粮食。直到1891年，美国人沃莱斯安德留斯第一个完成了采用管1万方数据西安理工大学工程硕士专业学位论文道输送煤浆的试验，并取得了第一个关于管道输送固体物料的专利权。由于当时的工艺技术水平较低，管

6、道水力输送的应用在此之后的一段时间内没有更多的进展。直到20世纪中后期，伴随着在科学技术和两相流理论的进步，管道水力输送的应用才正式与大规模的工业生产相结合。这不仅表现在矿山、化工等领域中短距离管道的应用已经开始普遍，而且一些大管径、大运量的远距离输送管道也开始投产应用。在1957年美国在俄亥俄州建成了世界上第一条输煤的管道，全长173Km，管径254mm，这是第一次将管道水力输送正式应用于远距离的固体矿物输送；1967年在萨凡奇河上，澳大利亚建成了世界上第一条铁精矿输送管道，全长85Km，管径244mm；19

7、78年在瓦列普，巴西建成了世界上第一条磷酸盐矿浆输送管道，全长91Km，管径为229mm。截止目前为止，世界上已有上百条远距离浆体输送管道建成，分布于二十多个国家，总长度达4000多公里。其中美国于1970年建成的BlackMesa输煤管道，巴西于1977年建成的世界上规模最大的Samarco铁精矿管道最为著名。国外一些具有代表性的浆体管道远距离输送工程实例列于表1-1。相对与国外的先进水平，我国对远距离管道输送技术的研究起步较晚，直到上世纪80年代初才开始，不过近二十多年来的发展十分迅速，使管道水力输送成为我

8、国大规模运送固体物料的方式之一。目前已建成长102Km、管径243mm的山西尖山铁精矿输送管线和长45.6Km、管径228.6mm的贵州瓮福磷精矿输送管线。表1-2是一些我国规划设计中和已经建设成的大型浆体管道输送工程。近年来，管道水力输送的技术越来越成熟，在国内外得到了广泛的应用，但目前浆体管道水力输送还主要应用于冶金矿山的尾矿、精矿以及电厂的煤灰等输送上，而水利部门的疏浚河道和水库