淺談新疆博樂市“五一”水庫清淤設(shè)計(jì)

劉建海

摘 要：本文對新疆博樂市“五一”水庫淤積原因進(jìn)行了分析。并提出水庫清淤的方案及詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容。從工程實(shí)踐中得出設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后水庫清淤設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水庫清淤 清淤設(shè)計(jì) 機(jī)械清淤 水力清淤

我國土地廣袤、人口眾多，然而水資源十分有限，尤其在新疆水資源極其匱乏且時(shí)空分布不均。為滿足疆內(nèi)各行業(yè)生產(chǎn)生活需要，我們修建了許多座水庫。本文以“五一”水庫為例分析水庫淤積原因。并結(jié)合水庫的地理位置，河流泥沙特點(diǎn)及多年運(yùn)行方式，充分考慮當(dāng)?shù)厮?、氣候等條件，制定出水庫清淤設(shè)計(jì)方案。

1.水庫基本概況

五一水庫位于博爾塔拉河中下游，是一座平原攔河水庫。水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖和旅游的綜合性水利樞紐工程。

1.1水庫進(jìn)庫泥沙

博爾塔拉河流域山區(qū)河流眾多，河流徑流量小。山區(qū)植被覆蓋較好，地表土壤侵蝕較輕，且河流徑流量中冰雪融水及地下水補(bǔ)給比重較大，河流含沙量較小主要河流年平均含沙量在0.21～1.81kg/m3之間。由博爾塔拉河的徑流特性，洪水多發(fā)生在春夏季，冬季徑流量大，致使該河流懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配極不均勻。輸沙量高度集中在5～8月，其間輸沙量占年輸沙量的95%以上，從而使大量的泥沙淤積于水庫之中，造成水庫蓄水量減少。

1.2水庫淤積現(xiàn)狀分析

五一水庫2002年除險(xiǎn)加固后的設(shè)計(jì)庫容為1960萬m3，興利庫容1614.5萬m3，根據(jù)2015年實(shí)測資料顯示，水庫在正常蓄水位528.5m時(shí)，庫容僅剩 818萬m3。在河道入水口處約800mn范圍內(nèi)，淤積厚度1～3m，淤積物主要以粉土質(zhì)沙為主，摻雜大小粒徑顆粒礫石；在壩前100m～1200m范圍內(nèi)平均淤積厚度大于10m，淤積物主要以低液限黏土與低液限粉土為主。

2.水庫庫容恢復(fù)方案

本次設(shè)計(jì)時(shí)考慮三個(gè)方案，既方案一：水庫加高方案；方案二：新建水庫；方案三：水庫清淤；通過從方案的優(yōu)缺點(diǎn)及工程投資等方面進(jìn)行了詳細(xì)的比較。最終選擇水庫清淤作為本次設(shè)計(jì)的推薦方案。方案比較見表1。

3.水庫的清淤方式

水庫清淤一般分為機(jī)械清淤和水力清淤。機(jī)械清淤是指在作業(yè)區(qū)水排干后，采用挖掘機(jī)直接開挖，挖出的淤泥采用自卸車?yán)\(yùn)至堆渣區(qū)堆放。

水力清淤主要是應(yīng)用在一定水深條件下，利用專業(yè)機(jī)械進(jìn)行清淤，目前主要采用抓斗式挖泥船、絞吸式挖泥船、鏈斗式挖泥船等。

根據(jù)“五一”水庫特點(diǎn)。綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用機(jī)械清淤與水力清淤相結(jié)合的方式清淤。

3.1機(jī)械清淤設(shè)計(jì)

水庫在每年7月、8月水庫水位較低的時(shí)期，水庫水位高程在518m以下，在水庫西岸及南岸淤積物開挖底高程在523m以上范圍內(nèi)，淤積厚度較小的地段，采用挖掘機(jī)清淤，清淤深度不大于3m，經(jīng)計(jì)算機(jī)械清淤范圍62.4萬m2，清淤量187萬m3。

3.2水力清淤設(shè)計(jì)

3.2.1疏浚區(qū)設(shè)計(jì)

五一水庫南北寬約1.1km、東西寬約2.5km，水域面積較大，采用分層，分條開挖施工。

（1）分條寬度。根據(jù)《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG181-5-2012）7.2.3條規(guī)定，考慮疏浚作業(yè)的水平和垂向偏差，在寬度和深度應(yīng)考慮超寬和超深，本次選用挖泥船總裝機(jī)功率2810kw及1432kw，超寬值一側(cè)取3m，超深取0.3m，因此分條寬度取45m與22.5m。擬采用多條挖泥船同時(shí)施工，為避免干擾，分條方向?yàn)槟媳毕虼怪甭溆賲^(qū)布置。

（2）分層厚度。本次挖泥船所配鉸刀直徑1.7m與1.27m，根據(jù)本次淤積物的特性，1450m3/h型號(hào)挖泥船分層厚度取2.3m，前移距離取1.3m。350m3/h型號(hào)挖泥船分層厚度取1.7m，前移距離取1.0m。

3.2.2排泥管線設(shè)計(jì)

（1）管材選擇與連接方式。排泥管作為主要輸泥設(shè)備之一，本次疏浚工程排泥管選用鋼管作為排泥管。

（2）揚(yáng)程驗(yàn)算。根據(jù)揚(yáng)程計(jì)算可知挖泥船所配泥泵泥漿揚(yáng)程均小于設(shè)計(jì)最長排距泥泵總水頭，因此需新增接力泵，采用串聯(lián)式連接方式。

（4）排泥管線布置。水上管線采用自浮式鋼管和膠管相隔連接結(jié)構(gòu)。中間每隔20～30m設(shè)置浮筒一個(gè)，每隔150米用錨水上固定。陸地管線采用直徑600mm的鋼管。

3.2.3落淤區(qū)設(shè)計(jì)

考慮現(xiàn)場地形，本次設(shè)計(jì)落淤區(qū)選在水庫南岸臺(tái)地至現(xiàn)狀道路之間的范圍，占地面積161.38公頃。

（1）圍堰設(shè)計(jì)。落淤區(qū)根據(jù)現(xiàn)場地形，布置在4條沖溝之間的空地上，圍堰高度8～10m，圍堰頂寬為8m，表層鋪設(shè)25cm砂礫石路面。圍堰上下游邊坡均為1：2.0，圍堰上游鋪設(shè)一布一膜，規(guī)格150g/0.3mm，填筑料利用現(xiàn)狀臺(tái)地落淤區(qū)范圍內(nèi)的土料填筑。落淤區(qū)及圍堰特性見表2。

落淤區(qū)最大儲(chǔ)泥量為341.36萬m3，水庫兩期清淤量總計(jì)為821萬m3，為保證清淤工作正常運(yùn)行，在清淤過程中，有480萬m3淤泥需拉運(yùn)清除。

3.2.4排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在每個(gè)落淤區(qū)，排泥管均布置在落淤區(qū)高程較高一側(cè)，通過排水建筑物排入現(xiàn)狀沖溝內(nèi)，最終由沖溝排入五一水庫。本工程設(shè)計(jì)8座排水豎井。

（1）排水豎井設(shè)計(jì)。排水豎井由排水豎井、排水涵管及消力池三部分組成。排水豎井是將儲(chǔ)泥區(qū)沉淀后的清水匯集，排水涵管將排水豎井中匯集的水輸送至消力池，消力池是將排水涵管中的水平順匯集后排入水庫。

（2）排水暗管設(shè)計(jì)。暗管排水分縱向排水與橫向排水，縱向排水暗管南北向沿現(xiàn)狀地形縱坡布置，在圍堰后設(shè)置橫向排水，將縱向排水暗管得水匯集后排入排水沖溝。

橫向暗管采用直徑為30cm的波紋塑料管，將縱向暗管滲水匯入橫向暗管后排入排水渠。

4.小結(jié)

淤積問題隨著水庫工程服役時(shí)間的增加將越來越突顯。為使水庫工程延長壽命、發(fā)揮效益，如何解決淤積問題將會(huì)成為廣大水利工作者共同面臨的難題。實(shí)施水庫清淤工程能有效恢復(fù)庫容，技術(shù)上可行，相對成本也較低。清淤恢復(fù)庫容的成本低于新建水庫，其優(yōu)勢在于不增加占地，不產(chǎn)生移民。實(shí)施水庫清淤工程可帶來顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文介紹了 “五一”水庫清淤設(shè)計(jì)方案，為今后疆內(nèi)水庫清淤奠定了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，不論采用何種清淤方式，設(shè)計(jì)人員都應(yīng)以實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)事求是，綜合評價(jià)分析，不斷探索與創(chuàng)新，為水利事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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