氣力提升法在水電站淤沙清理中的運用

熊明俊++付勁松++王保儉

摘 要：隨著人類活動對環(huán)境的影響加劇，河流推移質(zhì)和懸移質(zhì)的泥沙不斷增多，在建或已建的水電站經(jīng)常遇到水庫或尾水渠泥沙淤積的情況。大量的泥沙淤積將導(dǎo)致大壩沖砂閘或尾水渠檢修閘無法正常開啟或關(guān)閉，對水電站運行安全會帶來嚴(yán)重影響，該文旨在介紹一種已在實踐中得到成功應(yīng)用的氣力提升法，它是一種安全、快捷、高效淤沙處理方法，建議有條件的工程加以應(yīng)用與推廣。

關(guān)鍵詞：水電站 泥沙淤積 氣力提升法 運用實踐

中圖分類號：TM62 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）12（c）-0020-02

隨著人類活動對環(huán)境的影響的不斷加劇，河流推移質(zhì)和懸移質(zhì)的泥沙逐漸增多，在建或已建的各型水電站經(jīng)常遭遇到水庫和尾水渠泥沙淤積的情況。大量的泥沙淤積可導(dǎo)致大壩沖砂閘或尾水渠檢修閘被掩埋，無法正常開啟或關(guān)閉，嚴(yán)重影響水電站的運行安全。如何安全、快捷、高效地處理泥沙淤積，保證閘門正常啟閉，成了水電站運行和管理的一大難題。筆者從港口和航道疏浚中得到啟發(fā)，將氣力提升法運用至水電站泥沙淤積處理上，并取得了成功。現(xiàn)將該方法的原理和實踐運用情況加以系統(tǒng)的介紹和總結(jié)，希望能在類似問題處理上得到應(yīng)用和推廣。

1 氣力提升法原理與主要設(shè)備

1.1 氣力提升法原理

氣力提升法普遍用于港口和航道疏浚，是利用氣流在管道中高速運動從而在管口附近產(chǎn)生負(fù)壓，將管口周圍的水體和泥沙吸入吸沙管中，隨之在高速氣流的帶動下垂直和水平移動，最后在遠(yuǎn)離清淤點的排沙管出口排出，達到清理淤沙的目的。氣力提升法原理如圖1。

1.2 氣力提升法主要設(shè)備

氣力提升法清理組成設(shè)備（每套）如下。

（1）移動式空壓機：額定功率50 kW以上，風(fēng)壓不小于1.0 MPa，具體配置可根據(jù)清淤量調(diào)整；

（2）高壓氣管：內(nèi)徑不小于Φ25 mm鋼絲軟管和末端U型彎頭；

（3）吸沙管、彎管和排沙管：采用薄壁鋼管制作，管徑Φ250 mm，壁厚≤6 mm；

（4）浮桶或其它浮運結(jié)構(gòu)，用于保持排沙管段浮出水面見圖1；

（5）5 t手動葫蘆：用于調(diào)整管路高程，保持吸沙管口與沙面近乎接觸；

（6）15 kW高壓潛水泵：用于擾動淤積時間長，已經(jīng)板結(jié)的沙層。

2 設(shè)備制作安裝、抽沙運行與注意事項

2.1 設(shè)備制作安裝

首先制作吸沙管、彎管和排沙管。吸沙管、彎管和排沙管宜用管徑Φ250 mm、壁厚≤6 mm薄壁鋼管制作，管壁太厚或管徑太大會導(dǎo)致整套管路過重，難以在水中提升或水平移動；吸沙管加工成長度為1～1.5 m左右的管節(jié)，以便隨沙面變化處調(diào)整長度；彎管采用同直徑的鋼絲軟管或鋼管，如采用鋼管應(yīng)加工成95°左右彎管，彎管分節(jié)數(shù)≥5節(jié)，節(jié)數(shù)太少不利于水流和泥沙平順通過，彎管容易磨損。推薦采用鋼絲軟管，便于調(diào)整吸沙管管口高度。排沙管可加工成3 m左右的管節(jié)，排沙管與浮桶或其他浮運結(jié)構(gòu)綁扎，保持排沙管露出水面，排沙管水面水平段總長不宜>15 m，否則容易堵管。所有管節(jié)兩端均采用法蘭連接，以便拆卸。吸沙管、彎管和排沙管安裝好后，通過手動葫蘆懸掛于上部支架上或直接置于浮桶上，并用手動葫蘆調(diào)整整套管路與沙面和水面的距離，保持吸沙管口與沙面近乎接觸。高壓氣管一端與空壓機出風(fēng)口連接，另一端與制作成U型的彎頭連接，用鋼絲綁扎固定在吸沙管口。U型彎頭應(yīng)伸入吸沙管口內(nèi)約40 cm，為加大風(fēng)管口壓力，可將U型彎管口變徑縮小。

2.2 抽沙運行

整套管路和設(shè)備安裝就位后，啟動空壓機，向吸沙管內(nèi)送入高壓氣流，通過手動葫蘆調(diào)整吸沙管口與沙面距離，保證吸沙管口與沙面近乎接觸，控制管口距離沙面5 cm或稍小一些，但管口不能埋入沙面，否則會導(dǎo)致堵管。高壓氣流推動吸沙管內(nèi)水流垂直和水平運動，在吸沙管口周圍產(chǎn)生負(fù)壓，將淤沙吸入管內(nèi)，隨水流排至預(yù)定地點。在吸沙過程中，由于沙面不斷降低，應(yīng)通過葫蘆或浮桶調(diào)整吸沙管口高程，始終保持吸沙管口與沙面近乎接觸，如沙面降低較多，則需增加吸沙管長度。如泥沙淤積時間較長或含有較多粘粒，泥沙層可能板結(jié)，此時可用高壓潛水泵產(chǎn)生的高壓水流沖擊吸沙管周圍沙層，將淤積沙層松動，這樣再吸沙，其效果會更加顯著。為減少風(fēng)壓損失，排沙管不能離開水面過高，一般保持在0～0.5 m，管口不沒入水中即可。在抽沙過程中，應(yīng)隨時注意觀察，如抽出的沙礫較多，則需稍微提升吸沙管管口，避免堵管，如抽出的沙礫較少，則需稍微降低吸沙管管口，保持管口與沙面近乎接觸，保證抽沙效率。

2.3 使用注意事項

從上述介紹可知，氣力提升法抽沙主要運用于水下抽沙。由于吸沙過程中需要利用高壓氣流推動周圍水流流動，因此水面和沙面應(yīng)有一定距離，一般宜保持有1 m以上的水深。如在抽砂位置的水深不足，可以直接用高壓氣流吹向沙面，在該部位形成一個具有一定水深的沙坑，即可繼續(xù)抽砂。另外隨著沙面降低，水深加深，水壓將抵消高壓氣管出口的氣壓，因此，超過一定水深后，應(yīng)換用額定風(fēng)壓更高的空壓機，以保證抽砂效果。

3 氣力提升法在工程實踐中的運用

氣力提升法首先在云南德宏州大盈江三級水電站中得到了成功運用。大盈江三級水電站汛期河水泥沙含量大，且當(dāng)年電站在汛期未正常發(fā)電，缺少尾水頂托，大量泥沙、塊石、樹根在汛期內(nèi)進入尾水渠，導(dǎo)致尾水檢修閘門全部掩埋在泥沙和其他雜物下。經(jīng)查探，閘門頂上泥沙掩埋深度竟達5 m，大大超過了尾水檢修閘門正常開啟條件。為開啟閘門，必須對閘門上淤積的泥沙等雜物進行清除。

2007年8月24日，為保證閘門正常開啟和水電站正常發(fā)電創(chuàng)造必要條件，筆者受命負(fù)責(zé)清除大盈江三級水電站尾水渠1#～4#尾水閘門淤沙。首先安排有關(guān)單位準(zhǔn)備好相應(yīng)管路、空壓機、潛水泵和5t手動葫蘆等設(shè)備，然后委托?？茲撍爩ξ菜嗌秤俜e情況進行了查探。發(fā)現(xiàn)尾水渠內(nèi)樹根、石塊較多，同時由于淤積時間長，淤沙板結(jié)情況嚴(yán)重，因此決定由潛水隊進行水下作業(yè)配合，確保順利清除尾水閘門附近淤積物。endprint

正式抽沙前，首先由潛水隊員對閘門附近進行清理。利用手動葫蘆將較大的塊石、大樹根等雜物移走或吊出水面，然后安裝浮桶和管路，并將管路通過手動葫蘆懸掛在上部支架上，同時控制管路好高度，保持吸沙管口與沙面近乎接觸，隨后開啟高壓潛水泵，再由潛水員在水下將高壓水流對管口周圍板結(jié)的淤沙進行擾動。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒后，開啟空壓機，向吸沙管內(nèi)送高壓風(fēng)，隨著高壓氣流通過管路，大量沙礫也隨著水流被抽起排至尾水渠外。該工程整體抽沙系統(tǒng)運作十分成功，吸沙效率非常高，約有半管的泥沙隨著水流排到河床中，拳頭大的石塊也被吸出，隨河水流向下游。隨著抽沙持續(xù)進行，吸沙管口周圍很快就形成一個深坑，抽出的泥沙也明顯減少，這時再通過手動葫蘆降低吸沙管口高程，繼續(xù)保持吸沙管口與沙面接觸。潛水員則在水下繼續(xù)用高壓潛水泵產(chǎn)生的高壓水流對深坑周圍的沙層進行擾動，讓沙礫與水流混合后進入吸沙管，吸沙管又恢復(fù)到高效率狀態(tài)；隨著抽沙持續(xù)進行，沙面不斷降低，單靠手動葫蘆牽引彎管段升降已無法保持吸沙管口與沙面接觸，這時將管路系統(tǒng)提升出水面，吸沙管增加一個管節(jié)，調(diào)整至合適長度后放入水中繼續(xù)進行抽沙。該工程經(jīng)過7 d的連續(xù)抽沙，1#尾水閘門附近的淤沙基本清除，閘門也順利開啟提至尾水檢修平臺。2#～4#閘門也采用同樣的方法很快順利開啟，為水電站正常發(fā)電創(chuàng)造了條件。

解決閘門開啟難題后，又遭遇了閘門下放的難題。由于當(dāng)年只有1#～2#臺機組同時投入運行，尾水在暫未發(fā)電機組一側(cè)產(chǎn)生漩渦，導(dǎo)致河床內(nèi)泥沙又被帶入，尾水閘門門槽底檻附近又淤積了一定厚度的泥沙，閘門無法正常下放關(guān)閉。此時氣力提升法抽沙系統(tǒng)再次派上了用場，根據(jù)水深和沙面安裝合適的管節(jié)后，潛水員直接將吸沙管固定在閘門門槽底檻附近抽沙。經(jīng)過3 d連續(xù)抽沙，門槽底檻附近的沙已經(jīng)全部抽完，潛水員再下水進行檢查，確認(rèn)門槽和底檻沒有任何沙礫和雜物后，最后下放閘門，順利到位，閘門后滲水量也很小，取得了完全成功。

4 結(jié)語

從大盈江三級水電站歷次清理淤沙情況看，氣力提升法系統(tǒng)抽沙十分成功。該工程在使用氣力提升法系統(tǒng)前，曾多次采用潛水抽沙泵、離心抽沙泵進行現(xiàn)場抽沙試驗，結(jié)果并不成功。抽沙泵則只能抽0～1 cm顆粒，且只能抽淤積均勻的沙層，對水庫和尾水渠這類受洪水影響較大，沙礫淤積極不均勻的情況則根本不適用；挖泥船等大型設(shè)備雖然可以挖除各種淤沙，但成本較高和山區(qū)運輸?shù)葪l件限制，不能應(yīng)用于尾水渠等場所。相比之下，氣力提升法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，制作安裝成本較低，抽沙粒徑范圍很大，從0～15 cm沙礫乃至石塊和其他雜物均可以順利抽出，抽沙效率很高，設(shè)備正常運行，每天可抽沙2 000 m3甚至更多。而且由于管內(nèi)無任何機械結(jié)構(gòu)，不容易堵管，即便有堵塞現(xiàn)象處理也很簡單，只需用手動葫蘆將管路升高一點，提離沙面即可?？傊推渌逵俜绞较啾?，氣力提升法系統(tǒng)比較適合山區(qū)水電站的水庫和尾水渠等地點清淤，方法簡單經(jīng)濟，值得推廣。

參考文獻

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