頭屯河水利工程排沙清淤方法探討

馬世紅

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉831100)

頭屯河水利工程排沙清淤方法探討

馬世紅

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉831100)

對頭屯河水庫各項工程情況、供水要求以及運(yùn)行方式和淤積規(guī)律進(jìn)行了規(guī)律性分析，初步提出了符合頭屯河水庫現(xiàn)階段通過高渠水利沖沙、異重流排沙、水利機(jī)械清淤等多種排沙方式，制定出周期性汛期排沙，汛末蓄水興利的運(yùn)行方式，力爭最大限度地發(fā)揮頭屯河水庫水利工程興利除害的綜合功能，對山區(qū)水庫的排沙減淤和科學(xué)合理調(diào)度運(yùn)用有很好的啟示作用。

水利工程;排沙清淤;運(yùn)行方式;方法研究;頭屯河水庫

0 引言

新疆頭屯河水庫位于天山北坡，距烏魯木齊市及昌吉市各約30 km處，該水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉，結(jié)合城鎮(zhèn)生活供水、工業(yè)用水、防洪等為一體的綜合利用的攔河式水庫。水庫投入運(yùn)行十幾年，開展了下游兩岸灌區(qū)事業(yè)，并給城鎮(zhèn)及工業(yè)用水提供了可靠的水源。頭屯河灌區(qū)不僅是自治區(qū)重要的糧棉基地、烏市和昌吉市重要的菜籃子基地，而且還是自治區(qū)重要的鋼鐵、水泥、輕紡工業(yè)基地。頭屯河水庫樞紐由心墻土石壩、溢洪道、泄水涵洞、泄水隧洞以及下游分水樞紐五大部分組成。該水庫于1965年開始修建，1981年基本建成，1983年竣工，1978年開始部分蓄水，設(shè)計庫容2 300萬m3，由于歷史原因，頭屯河水庫是個典型的“三邊”工程，工期長達(dá)十幾年之久，水庫建成后，即成為一座病險庫，長期帶病運(yùn)行，險情逐年惡化。截止2001年底，泥砂淤積量仍然很大，有效庫容僅有1 067萬m3，水庫防洪渡汛能力大為下降，達(dá)不到設(shè)計要求，水庫目前正瀕臨報廢的危險，其安全問題日趨突出，防洪標(biāo)準(zhǔn)大大降低，目前僅能防御30 a一遇洪水，已嚴(yán)重威脅大壩安全。

1 頭屯河水庫存在的問題

1.1 泥沙危害

頭屯河是一條山溪性多泥沙河流，由進(jìn)、出庫試驗站實測資料可見，頭屯河入庫泥沙量變化較大，平均為87.8萬t，而且高度集中在汛期，5～8月的進(jìn)庫沙量占入庫沙量的92.7% ～99.4%，其中尤以7月份入庫沙量最大，占全年入庫總沙量的55.19%，日均最大含沙量為68.1 kg/m3(1995年7月14日)。頭屯河水庫自開始蓄水，多年來，水土流失嚴(yán)重，河水泥沙含量大，造成水庫泥沙大量淤積，水庫功能下降，嚴(yán)重影響著下游灌區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為保證八鋼工業(yè)供水水質(zhì)要求(含沙量＜5 kg/m3)等多方面原因造成了頭屯河水庫的淤積嚴(yán)重，加之頭屯河區(qū)近10萬居民的生活用水需求，水庫一直未能按照“蓄清排渾”的方式運(yùn)行，至2001年底，泥砂淤積量仍然很大，有效庫容僅有1 067萬m3，水庫防洪渡汛能力較低，達(dá)不到設(shè)計要求。不僅興利調(diào)蓄能力日益降低，而且危及水庫本身防洪安全，直接影響到水庫的使用壽命，顯而易見，頭屯河水庫的排沙清淤工作已迫在眉捷，解決這個問題有著顯著的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 工農(nóng)業(yè)供水與排沙的矛盾

頭屯河水庫淤積嚴(yán)重，排沙減淤迫在眉睫，頭屯河水庫為保障八鋼工業(yè)用水水質(zhì)是排沙的前提。供水濁度——含沙量＞5.0 kg/m3，就超過了工業(yè)凈化水的處理能力，造成工業(yè)停產(chǎn)。工業(yè)供水常規(guī)供水方式是由水庫隧洞支洞供給，隧洞進(jìn)口底高程961.0 m，比泄水涵洞底高程949.1 m僅高11.9 m，在不同水位和流量下控制渾水不進(jìn)入隧洞還有待于進(jìn)一步實踐研究，必須密切觀察水質(zhì)，有必要隨時切換其他非常規(guī)供水方式。由于頭屯河水庫淤積采用新的運(yùn)用方式排沙，造成出庫泥沙含量大和引水工程受泥沙磨損而產(chǎn)生新的工程隱患，同時造成灌區(qū)渠系和農(nóng)田的新的淤積，使水利工程效益降低，農(nóng)田沙化和土壤退化，將會影響到下游農(nóng)業(yè)灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為解決水庫的淤積問題，必須改變原有的運(yùn)用方式，改為蓄清排渾運(yùn)用。既調(diào)節(jié)水量，又調(diào)節(jié)沙量，淤積速度也會減緩或保持一個大的長期使用庫容。但為了保證工業(yè)用水水質(zhì)，現(xiàn)有工程體系保障度低:①大庫供給系統(tǒng)受汛期防洪和水力沖沙要求的約束，在汛期無法正常發(fā)揮其常規(guī)供水方式的作用;②庫外供給系統(tǒng)受水工程標(biāo)準(zhǔn)低因素的制約，汛期發(fā)揮應(yīng)急供水方式作用的能力差。

2 水庫排沙清淤的方法

2.1 高渠水力沖沙

利用水庫泄空后的高灘深槽，形成大比降沖刷。水庫放空后，在庫前附近，修建臨時擋水低壩，將河道基流引入沿庫周圍的高渠內(nèi)，居高臨下泄水沖灘，恢復(fù)庫容。

2.2 異重流排沙

頭屯河水庫異重流排沙，當(dāng)上游監(jiān)測到有高含沙渾水入庫時，即入庫水流濁度達(dá)到1 500 ntu，流量達(dá)到12 m3/s時，在6～8月入庫流量較大，更適合異重流排沙的條件，此時排沙能夠取得良好的效果?？上却蜷_底洞按洪峰來水量開始小流量排沙，避免異重流抵達(dá)壩前的過程中形成渾水?dāng)U散，當(dāng)入庫水流以異重流形式出庫后，再根據(jù)入庫洪峰流量調(diào)節(jié)出庫流量，確保庫水位沒有大的變化，控制在灘槽內(nèi)。入庫流量增大，則調(diào)整涵洞閘門加大出庫流量，入庫流量減少，則調(diào)閘減少出庫流量，合理控制庫水位。

2.3 機(jī)械輔助清淤

在水庫庫區(qū)回水末端淤積物以粗顆粒推移質(zhì)為主，水力沖沙沒有效果，也無地形條件，采用機(jī)械開挖，車輛拉運(yùn)方式清淤，首先為水力沖沙等其它清淤方式創(chuàng)造有利的清淤地形條件，同時推移質(zhì)顆粒物質(zhì)可作為建筑材料，即增加了經(jīng)濟(jì)收入，又減輕了水庫危害。2003—2005年間頭屯河水庫利用機(jī)械清淤68×104m3。減少了推移質(zhì)泥沙對涵洞底板的危害，延長了工程使用壽命

3 排沙調(diào)度研究的意義

1)對頭屯河水庫排沙調(diào)度進(jìn)行研究，自1999年開始調(diào)水排沙清淤以來，水庫庫容已從1998年580萬m3恢復(fù)到2008年的1 830萬m3，恢復(fù)有效庫容1 250萬m3，水庫延長了使用壽命，增強(qiáng)了防洪抗旱能力，提高了工、農(nóng)業(yè)供水的保障。通過各種排沙清淤方法，是解決水庫淤積問題的最根本措施，為未來水庫在正常運(yùn)用狀態(tài)下的常年排沙打下了很好的基礎(chǔ)，優(yōu)化水庫運(yùn)行模式，也為水庫除險加固工程創(chuàng)造有利的施工條件，為相似水庫的排沙清淤提供了范例。因此，頭屯河水庫調(diào)水調(diào)沙調(diào)度的研究并在實踐中加以運(yùn)用，具有重要的意義。

2)解決水庫淤積問題最根本的措施是進(jìn)行排沙調(diào)度，通過各種方法排沙清淤。頭屯河水庫具備良好的排沙條件，但是排沙與給八鋼供水有矛盾，因此，要進(jìn)行有計劃的排沙工作，首先必須解決八鋼的供水問題。在河道來水含沙量不太大時，通過暗渠給清水池注水，經(jīng)過清水池沉淀，使水質(zhì)變清。當(dāng)暗渠來水含沙量＞5 kg/m3時，啟用清水池，用水泵從清水池中抽取清水摻入暗渠，使之滿足供水要求。當(dāng)河道來水含沙量很高，無法利用時，清水池也可單獨供水4 d左右，若循環(huán)使用可供應(yīng)8～10 d。這樣就基本上解決了水庫排沙期間的八鋼供水問題，為水庫排沙清淤創(chuàng)造了條件。

4 水庫排沙的時機(jī)選擇

頭屯河水庫淤積嚴(yán)重，在運(yùn)行中選擇合適時期排沙，既要保證下游農(nóng)作物淤積危害降到最小限度，同時又有足夠的水量來排沙，7月份作為主汛期，來水量占全年的60%，來沙量占全年來沙量的55%，而此時農(nóng)作物已進(jìn)入成熟期，小麥等作物已收割。即使用部分含沙量大的水進(jìn)入灌區(qū)也不會對農(nóng)作物產(chǎn)生太大的危害。根據(jù)近幾年農(nóng)作物用水情況，一般在10月下旬、10月上旬秋灌結(jié)束，此時冬蓄水應(yīng)根據(jù)水文資料及水情分析、水庫庫容選擇合適蓄水水位，既保證冬季不因水庫蓄滿造成溢洪道溢洪或開閘泄水，也不能冬蓄水棄水過多，造成第二年水庫蓄不到合理水位，造成春洪用水緊張。

5 結(jié)語

頭屯河水庫的排沙清淤技術(shù)都是根據(jù)生產(chǎn)的需要，在不斷地探索研究和生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來，為頭屯河水庫今后運(yùn)行積累了寶貴的經(jīng)驗，延長了水庫壽命也擴(kuò)大了水庫的興利效益。

［1］中國水利學(xué)會泥沙專業(yè)委員會.泥沙手冊［K］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001.

［2］莊佳，賴冠文，程禹平，等.水庫清淤繞庫排沙初探［J］.廣東水利水電，2007(06):1-4，12.

［3］王朋遠(yuǎn).試論頭屯河水庫排沙減淤技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.新疆水利，2010(02):50-54.

TV146.1

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1007-7596(2012)09-0089-02

2012-08-06

馬世紅(1973-)，女，新疆昌吉人，從事水利工程運(yùn)行管理工作。