黄河口治理与泥沙利用在胜利油田开发中的作用

1、黄河口治理与泥沙利用在胜利油田开发中的作用戴清1胡春宏摘要胜利油田地处黄河尾闾，渤海之滨，主力油区位于黄河两岸。为保护胜利 油田的安全生产，在修建大量的引黄取水工程、修筑海堤、治理黄河、油区防 洪排涝的实践中，通过利用水力插板、引用高含沙水和加固加宽堤坝等技术， 逐步形成了引黄取水、堤坝建设、黄河口治理三个方面的水利工程建设模式， 既充分利用了浑水资源，又合理地安排了泥沙，本文介绍了上述工程模式的基 本内容和工程实例。工程实践证明有较好的经济效益、社会效益及环境效益。一、前言胜利油田是祖国大陆地区我国第二大油田，目前共有油井1.7万口，原油生产能力为 2650万t，工作区域面积4.4万km2，

2、分布在山东省的8个地区（市）28个县（区）。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。在水灾方面，由于黄河河床淤积抬高速度加快，主河 槽严重萎缩，形成小流量一高水位一大灾害的防洪局面，小水成大灾的防洪形势对胜利油田 的生产与开发所产生的威胁越来越大。胜利油田面临渤海，海陆交接地区也是油田重要的生 产油区，为防海潮侵袭，胜利油田已完成了 100多km的防潮海堤，建设、维护和防守海堤 的任务十分艰巨，一旦发生风暴潮，防洪安全仍很难保证。油田所处地势平坦，排水河道不 畅，雨季内涝成灾的状况也时有发生。因此，胜利油田所处的

3、黄河三角洲地区，海水、河水 和雨水都对油田构成了十分突出的水灾威胁。在旱灾方面，黄河三角洲地区，除西部少数地 区外，绝大多数地区地下水矿化度高，不能饮用，工业、农业和生活用水主要依靠黄河水， 除农业以外，油田每天用于工业（包括油田注水）和生活的用水量近100万m3，每年需要 用水总量为7-10亿m3。油田经过多年来水利工程建设的实践，已初步形成从引水、沉沙、 蓄水到供水基本配套的系统工程，水库容量总计达4亿m3，在黄河正常来水的情况下，油 田已建的水利工程能够满足正常需要。但是，由于黄河水资源总量严重不足，且沿黄两岸属 干旱少雨地区，随着经济的发展，沿河引黄取水能力迅速增大。造成下游黄河断流时

4、间越来 越长，来水量急剧减少，对油田的生存和发展构成极大的威胁。为解决河口地区的用水问 题，必须尽快扩大引黄工程规模，同时实现由冬季引水向下季（汛期）引水时机的转变，即 面临着必须提高引水能力、增大蓄水能力、同时要解决汛期快速引用含沙量较高浑水的工艺 技术等诸多问题。1中国水利水电科学研究院胜利油田开发中一方面要修建大量的引水取水工程，一方面又要承担修建海堤、黄河 治理、防洪排涝等多方面的任务。实践中，胜利油田逐步形成和发展了以引黄取水新模式， 堤坝建设新工艺，黄河治理新途径为主要内容的胜利特色水利工程建设模式。利用黄河水沙 自然规律解决油田面临的水旱灾害问题，不仅缓解了油田自身的各种矛盾，对

5、于缓解黄河下 游地区水旱灾害问题具有十分重要的现实意义。本文将对胜利油田水利工程模式及所采用的 技术加以介绍。二、治理模式引黄取水系统工程新模式黄河水从引黄闸流出坝外，经过引黄干渠进入沉沙池，澄清之后进入水库。引黄闸、引 黄干渠、提升泵站、沉沙池、水库共五个部分组成了引黄取水系统工程。针对现有引黄取水 系统工程存在的问题，分别对这五个部分进行重大的技术改进和创新。形成了一套引黄取水 系统工程新模式。新模式由水力插板引黄水闸，复式断面输水渠，水力插板浮动泵站和沉沙 与蓄水两用水库组成。传统模式和新模式对比如图1所示。新模式综合经济效益包括： （1）工程总造价降低70% ；（ 2）引输高含沙量黄河

6、水渠道不沉沙、不清淤；（3）从根本 上改变了平原水库的建设方式，在沉沙的同时，水库容库加大，安全蓄水条件得到改善。堤坝建筑新工艺按传统模式在软地层上（泥质、沙质地层）建筑堤坝，工程建设投资大，平时维护工作 量大，洪水到来时防守难度大，年年水灾不断。针对这种情况，胜利油田创造了两种特殊类 型的堤坝。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，目前已广泛运用于建设平原水库和加固黄河大 堤的工作中。另一种是把石油工业中的一些专业技术与堤坝建设的需要结合起来，形成一种 水力插板永久性堤坝。这种堤坝具有插入地层深度大，抗水毁能力强，施工

7、速度快，工程投 资省，平时维护工作量小等特点。它以其独特的施工方式和明显的经济效益在水利工程和基 建工程建设中得到迅速的推广应用。两种模式堤坝对比如图2所示。引黄提升 黄水闸泵蚓 沉沙池I提升水库河引黄水渠泵站n转UUL沉陛池（心周边小黄河）出水涵洞zldS4水力插板水力插板|黄1引黄水闸浮动萼站,皿二-二一二二 二-一1复式断面输水渠图1引黄取水系统工程传统与（上）新模式（下）对比图2传统模式堤坝（上）与水力插板（下）堤对比黄河治理新途经黄河下游地区治理黄河的主要工作是两个方面：一是为了解稳定河势修建加固控导工 程堤坝；二是挖河固堤，变黄河为相对地下河，增大安全行洪能力。胜利油田在治理黄河工

8、 作中，一方面试用水力插板堤坝代替传统的控导工程堤坝，达到了稳定河势的目的。另一方 面，针对黄河在大堤内是“二级悬河”，在大堤外是“地上悬河”这一特殊自然规律所具有 的势能优势，把引黄取水与挖河固堤科学地结合起来，把黄河大堤外的引水沉沙条渠连接起 来，变成连续的“人造小黄河”，造成一个平时三河流水、洪汛危急时刻三河入海的格局。 实现（1）引黄取水清水直接进入渠道；（2）泥沙排列在黄河大堤外侧；（3）引黄闸分洪 削峰。通过引导黄河水顺堤沉沙这一项措施，同时达到引黄取水、加固堤坝、分洪减灾三个 目的。最终实现黄河下游分洪分输的治黄目标。用水力插板堤坝控导工程稳定河势和引水输 沙加固堤坝工程实施状况

9、如图3、4所示。水力插板堤坝（堤长100m,板长15m）水力插板堤坝（堤长102m,板长10m）图3稳定河势一水力插板堤坝用于 黄河控导工程图4挖河固堤一胜利油田引水输沙加固堤坝工程实施状况三、采用的技术1 .水力插板技术水力插板是利用高速水流切割地层，滑板滑道导向定位将事先预制好的钢筋混凝土插 板插入地下，板间纵向水泥浆灌缝，顶部圈梁整体连接的方法，形成独特的工艺特点。并解 决了陆上施工及水上施工作业问题。插板类型有十余种。最长板长近20 m，板宽1-2 m， 板厚0.2-0.4 m。已应用到黄河护岸堤、海岸防潮堤、水库围堤、水库防护堤、停船码头、 引水渠道、水闸、涵洞、渡槽、公路桥、泵池、

10、泵前池、污水处理池、地下水库等多类工 程中。现已建成各类工程有五十多处1。其综合经济效益包括（1）运用水力插板建设工程 省掉了传统的基础施工中打降水、开挖基础坑、打基础等大量的工作量，因而具有施工速度 快，能够大幅度降低造价的特点。（2）水力插板工程具有整体性能好、基础进入地层深度 大、抗水毁能力强的特点，同时减少了大量抛石维护加固的工作量。（3）水力插板工程具 有预制化程度高、施工适应范围广的特点，特别是在水中施工，在原有高大建筑物旁边施 工，运用水力插板工艺技术具有特殊的优势。引用高含沙水技术引黄取水技术具有如下特点，增大渠道输水输沙能力，减少渠道淤积，综合利用水资 源，使沉沙与蓄水之间的

11、关系向良性方向发展，并且施工简便、周期短、节省投资、减少占 地。水力插板式滩唇进水闸利用黄河是二级悬河的自然规律，在滩唇上建闸自流引水替代传统的泵船取水，减少一 级提升的运行费用，这种进水闸工程的建设采用了“水力插板”技术，适用于修建在由细泥 沙组成的基础上（或软基上），如在黄河下游、河口地区等类似区域。水力插板式浮动抽水泵站这种浮动泵站与传统的固定式泵站不同之处主要有两方面，一是利用水力插板建造泵池 及前池，二是水泵安装在可上下浮动浮箱上，电机与水泵之间实现最短距离连接。运行上具 有平稳，震动小，节电的效果。通过水泵开动所产生的水动力，可使浮箱之下的河床产生冲 刷，随着水泵抽水流量的不同，整

12、个浮动泵站可上下浮动，运行平稳，在低水位运行时，可 以提高输水渠的水流速度，从而增加水流输沙能力，以适应引用含沙量较高浑水的需要。提 升能力为20每秒立方米的浮动泵站现已建成了四座。复式断面输水渠输水渠采用的是复式断面渠道，利用复式断面的小水归槽，大水漫滩的特性，适应于流 量变幅较大，且含沙量较高浑水的输送，通过冲刷最终将形成“ U”形稳定断面，渠道沿程 基本不砌护，并与浮动泵站相配合，可增加过流能力，提高水流速度，增强输沙能力、产生 冲刷，减小清淤、节省施工投资的特点。沉沙与蓄水相结合的两用水库从水利冲填及黄河尾闾导流束水攻沙和二级悬河的形成原理得到启发，提出了“沉沙造 坝建两用水库”的新模

13、式构思，将黄河水流泥沙运动的规律用于建设沉沙池和蓄水水库中 来，一是对现有沉沙池进行改造，沿沉沙池围堤内侧，逐步修建一道平行与围堤的内堤，形 成沿围堤的沉沙条渠，水流沿沉沙池转圈沉沙，泥沙淤积体沿沉沙池周边向前推进，大量沉 沙的同时，加宽加固了围堤。二是通过修建两条平行的内外堤坝，四周形成环形沉沙条渠， 中间是水库，这个环形沉沙条渠我们称其为“人造小黄河”，这条“人造小黄河”就象黄河 一样，经过渠道引来的浑水通过泵站提升或自流沿程淤积成滩成槽，并不断向下输移。含沙 量较高的浑水流过沉积泥沙，河床不断抬高形成一条宽大的堤坝，这个呈环形的沙坝正好形 成了水库的外堤，中间成为蓄水水库。随着“人造小黄

14、河”的逐步淤积抬高，水库库容也不 断增大，既合理地处理了泥沙，又自然得到了蓄水水库，泥沙与建库相结合，水库立体发 展，泥沙淤积越多，水库容量越大。加固加宽堤坝技术胜利油田创造了两种特殊类型的堤坝。一种是利用水力插板组成的挡水堤坝及控导工程 的挑流丁坝。另一种是引黄河泥沙淤积形成的堤坝。根据工程实际需要，还可以将两者结合 起来，迎水面采用水力插板，形成复合型堤坝。让黄河水通过建在滩唇上的水力插板闸或原 有引黄闸自流到大堤旁边，在导流堤的控制下，水中泥沙顺堤沉积淤临、淤背加固堤坝，清 水从引黄干渠流出供给民用。淤沙固坝分为两类，一类是淤临沉沙。针对黄河在大堤之内是“二级悬河”的特点，让 黄河水自流

15、到大堤旁边，泥沙顺堤沉积加固黄河堤坝。同时清水从大堤上的引黄闸流出堤外 供给民用。淤临沉沙工程一般由引水输沙渠提升泵站、沉沙渠道、退水建筑物、清水渠、截 渗沟等组成。该技术在工程上考虑了初期引水利用水力插板在滩唇建闸问题，考虑了后期引 水利用浮动泵站提水增加淤堤高程问题。另一类是通过建造“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，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。 目前油田已将这种堤坝广泛运用于建设平原水库大堤的工作之中。三、工程实例及实践效果上述技术已在河口三角洲地区得到了初步的

16、实践，并取得了一定的效果，为今后进一步 的推广应用打下的基础。以下将简要介绍各工程的具体情况。1.四干渠一浮动泵站一广南2#沉沙蓄水两用水库麻湾四干渠是东营市和胜利油田引水的一条重要输水渠道，麻湾引黄闸原设计流量 60m3/s，增大引水流量95m3/s。1998年7月四干渠完成了扩建工程，上段渠道横断面为梯 形断面，下段复式梯形断面，为配合浮动式泵站运行时取得较好的输沙效果，渠道修成土 渠，并在沿途拆除节制闸及护桥底板。渠尾设水力插板式浮动泵站，提水入广南2#沉沙蓄水两用水库。浮动式泵站进水池是用 水力插板插入地下，再将泥土清出形成进水池。其剖面为矩形，寸为30.3x22.0 x4.7m （长

17、x宽x高）；底部高程-1.6m，顶部高程3.10m。浮动泵站采用三只浮桶，装泵8 台，每台泵出水流量为3m3/s，总计24m3/s。设计浮动泵站浮桶上下浮动范围为2.0m。广南2#沉沙蓄水两用水库，占地面积12km2，进口设计流量30m3/s，蓄水量可达780- 2000万m3。采用周边“人造小黄河”经验，一次成形，滚动升高。横断面为复式断面，内 堤与外堤内堤脚间距80m-150m之间，中间河槽宽20m。外堤顶高程为5.60-5.65m，内堤 顶高程为5.1-5.15m，外堤堤顶宽为5.0m，堤顶超高1.5m ;内堤堤顶宽3.0m，堤顶超高 1.0m，内外边堤坡均为1:3。2.五干渠一耿井沉沙

18、蓄水两用水岸-浮动泵站一广南1#沉沙蓄水两用水库曹店五干渠担负着近40万亩农田灌溉和向广南水库、耿井水库和南郊水库输水的重要任 务。设计引水流量50m3/s，加大流量80m3/s。渠底坡降1/7000 ,设计水深2m，渠道末端 渠底高程0.05m。耿井水库是胜利油田和市区供水的主要水源，原有1#沉沙池已经达到了设计使用年限， 1998年初在1#沉沙池旁边原规划处，新建了耿井沉沙蓄水两用水库。沉沙池外围堤轴线长 约5.5km，占地面积（包括围堤）约2.15km2。沉沙池外围堤为土坝，隔坝主要由水力插板 连结而成。围堤与隔坝间距大都为120m，为转圈沉沙区。浑水经过转圈沉淀后，进入隔坝 内的蓄水水

19、库，设计水库容约400万m3。一级泵站装有5台泵，设计流量12.5m3/s，从五 干渠提水。隔坝内蓄水水库的清水，经倒虹吸进入1#沉沙池的北副坝，二级泵站提升入耿 井水库。五干渠尾的广南水泵泵站分甲、乙两泵站，分别安装8台、6台轴流泵，每台泵设计提水 流量2.5m3/s，设计扬程5.1m。泵站前池设计水位0.5-2.2m，出水池设计水位6.2m。 1998年为解决抢水任务，增加五干下游渠道过水流速，减小泥沙淤积，新建了侧向引水浮 动泵站，浮动泵站布置在进水池内，装机8台，设计流量24m3/s，池顶顶高程为3.7m，池 宽和长均为18m。池底为开挖原状土基面，底板不做护砌。提水入广南1#沉沙蓄水

20、两用水 库。广南水库是胜利油田最大的平原水库库容1.14亿m3，1#沉沙池占地面积12.6km2，围 堤总长16.7km，堤顶高程4.8-5.0m，堤顶宽3.5m，内外边坡均为1:3，沉沙池池底原地面 高程2.0m左右，设计水位6.1m。沉沙池1996年加固加高进水渠坝，北坝西段、西坝，坝 加高至5.5m左右。1997年6月对其进行了改造。采用“人造小黄河”方法，沿沉沙池北 堤到西堤中部止，修建平行于外堤的内堤，泥沙沿四周转圈沉沙，北段2.5km基本利用原 来的输水渠，在原堤基础上加高加宽，内外堤间距约80m，北段后2.7km内外堤间距约 150m。西边的北半段按设计断面施工，只是对沉沙池外堤

21、加高加宽。加高后堤顶高程为 5.5-6.0km。形成长约6.3km“人造小黄河”。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。改造后的两用水库设计蓄水能力2000万m3，淤沙容积 3360万m3，使用年限30年左右。1997年8月开始投入运行，经运用观测，一年总进沙量91.8万m3，“人造小黄河” 内淤积量70.53万m3，沿西坝南段向前又推进1km多。6.3km范围主槽纵比降1/7000。 滩槽都有淤积抬高，横比降1/2002。“人造小黄河”滩槽分明，实现了输沙、滩槽滚动淤 高设想。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水库，需要 投资2亿元，平均每1 m3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1 m3库容0.33元，经济效益十 分可观，安全蓄水状况也得到改善。随着周边围堤的加固，蓄水水位抬高，可