丹江口水庫(kù)排沙清淤方法探討

1、丹江口水庫(kù)排沙清淤方法討論摘要：丹江口水庫(kù)作為南水北調(diào)中線工程的源水庫(kù)，延長(zhǎng)其使用壽命、保證其長(zhǎng)久良好地運(yùn)行，不但有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且有更重要的社會(huì)意義。排沙清淤是保證丹江口水庫(kù)能長(zhǎng)期運(yùn)用良好的重要措施。根據(jù)丹江口水庫(kù)的自身特性，在變動(dòng)回水區(qū)及其附近進(jìn)展“防治型排沙清淤是治理庫(kù)區(qū)淤積泥沙的有效途徑，與傳統(tǒng)的壩前“治療型排沙清淤相比有許多優(yōu)越之處。關(guān)鍵詞：丹江口排沙清淤1前言出名中外的都江堰已有兩千多年的歷史，它之所以能長(zhǎng)期運(yùn)用良好，其中有一個(gè)主要原因是：在岷江的出山口處的江心壘砌的魚(yú)嘴因勢(shì)利導(dǎo)分水、分沙；在引水口上江灣凸岸處修建的飛沙堰有利排沙；平均每年人工清淤近100萬(wàn)3?？梢?jiàn)都江堰樞紐非

2、常重視泥沙處理，也正是排沙清淤保持了該樞紐工程的生命力。還有一些運(yùn)行良好的水利樞紐工程，也都修建了排沙工程和采取了清淤措施。因此可以說(shuō)，排沙清淤是保證水利樞紐工程能長(zhǎng)期運(yùn)用良好的主要措施。丹江口水庫(kù)是一座大型蓄水型水庫(kù)，絕大局部來(lái)沙被攔蓄在庫(kù)內(nèi)，大量的淤積泥沙對(duì)水庫(kù)的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅，消除這種潛在威脅的主要方法是排沙清淤。丹江口水庫(kù)，在減少入庫(kù)泥沙方面已做了大量的工作，如：水土保持、小流域治理、子水庫(kù)修建和支溝攔沙等，但在去除進(jìn)入水庫(kù)和已淤積在水庫(kù)中的泥沙方面，還沒(méi)有引起足夠的重視，根本處于任其開(kāi)展?fàn)顩r。本文根據(jù)丹江口水庫(kù)的自身特性，闡述了丹江口水庫(kù)排沙清淤的必要性；提出了在丹江口水庫(kù)

3、變動(dòng)回水區(qū)及其附近修建排沙清淤工程和采用機(jī)械挖沙清淤以及多種方法有機(jī)結(jié)合清淤的設(shè)想，并對(duì)其布置方法進(jìn)展了討論。2丹江口水庫(kù)排沙清淤的必要性2.1丹江口水庫(kù)水沙特性和淤積狀況座落于漢江中上游、丹江入?yún)R口下游0.8k的丹江口水庫(kù)，是丹、漢兩江并聯(lián)水庫(kù)?？刂茲h江流域面積9.5萬(wàn)k2，占漢江流域面積的60；壩址多年平均徑流量為398億3黃家港站19541990年，占漢江流域總徑流量的70。壩址多年平均輸沙量1.15億t。丹江口水庫(kù)死水位139，相應(yīng)庫(kù)容為72.3億3；正常蓄水位157，相應(yīng)庫(kù)容174.5億3漢江占54，丹江占46，相應(yīng)回水長(zhǎng)：漢江庫(kù)區(qū)177.6k，丹江庫(kù)區(qū)85k。根據(jù)多年的實(shí)測(cè)資料可知

4、，丹江大壩蓄水后98的來(lái)沙被攔蓄在庫(kù)區(qū)內(nèi)。按每年1億t來(lái)沙量計(jì)算，從1968年蓄水至今，淤積在庫(kù)區(qū)內(nèi)的泥沙約20億3，占死庫(kù)容27.7，占總庫(kù)容11.5。丹江口水庫(kù)的淤積泥沙，在20世紀(jì)90年代以前主要分布在變動(dòng)回水區(qū)和變動(dòng)回水區(qū)與常年回水區(qū)的交界處。1983年特大洪水之后，近20年中，大多年份水庫(kù)來(lái)水為平、枯水年，每年有較長(zhǎng)時(shí)間處于低水位以下運(yùn)行。長(zhǎng)時(shí)間低水運(yùn)行，導(dǎo)致變動(dòng)回水區(qū)在河流的造床作用下形成了新的天然河道形態(tài)。在新的天然河道中，有的河段已到達(dá)平衡狀態(tài)，有的已到達(dá)準(zhǔn)平衡狀態(tài)。變動(dòng)回水區(qū)的這種演變開(kāi)展，使得入庫(kù)和原變動(dòng)回水區(qū)的大量泥沙快速移至常年回水區(qū)，結(jié)果加快了有效庫(kù)容的淤積速率。假如

5、這種情況繼續(xù)下去，將會(huì)影響水庫(kù)的正常運(yùn)行。2.2丹江口水庫(kù)排沙清淤的必要性丹江口水庫(kù)雖在規(guī)劃設(shè)計(jì)中預(yù)留72.3億3的死庫(kù)容作為堆沙庫(kù)容，這自然不失為解決泥沙淤積問(wèn)題的一種途徑，甚至是現(xiàn)時(shí)可行之途徑。但來(lái)沙無(wú)盡，庫(kù)容幾何？由上述水沙特性和淤積狀況資料可知，丹江口水庫(kù)庫(kù)容損失的速度是驚人的，假如任其開(kāi)展，在不遠(yuǎn)的將來(lái)丹江口水庫(kù)會(huì)成為一座堆滿淤泥的死庫(kù)，到那時(shí)，將給漢江流域乃至中國(guó)帶來(lái)不可估量的損失。因此，對(duì)丹江口水庫(kù)進(jìn)展排沙清淤治理是非常必要的，也是養(yǎng)護(hù)丹江口水庫(kù)庫(kù)容的必然選擇之法。對(duì)于蓄水型的丹江口水庫(kù)，在庫(kù)容養(yǎng)護(hù)方面，最理想的做法是在水庫(kù)開(kāi)場(chǎng)蓄水運(yùn)行時(shí)就應(yīng)該開(kāi)展投資少、施工難度孝見(jiàn)效快的“防治

6、型排沙清淤治理“防治型排沙清淤是指：庫(kù)區(qū)淤積泥沙對(duì)水庫(kù)的運(yùn)行缺乏以構(gòu)成威脅時(shí)所進(jìn)展的排沙清淤治理。也就是說(shuō)：要未雨綢繆，積極防護(hù)，不能把調(diào)節(jié)庫(kù)容淤滿時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題也是難以解決的問(wèn)題留給子孫后代來(lái)解決。丹江口水庫(kù)運(yùn)行30多年，死庫(kù)容淤積近1/3，現(xiàn)開(kāi)展清淤治理已屬晚矣。但淤積泥沙還未影響到水庫(kù)的正常運(yùn)行，尚能盡快施行，還能較容易地遏止泥沙淤積向常年回水區(qū)擴(kuò)散的趨勢(shì)；否那么隱患叢生、治理就更加困難。因此，對(duì)丹江口水庫(kù)進(jìn)展排沙清淤治理，不但勢(shì)在必行，而且還應(yīng)盡早施行。2.3排沙清淤的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益丹江口水庫(kù)作為南水北調(diào)中線工程的源頭水庫(kù)，在南水北調(diào)中線工程開(kāi)工運(yùn)用后，防洪、調(diào)水將成為水庫(kù)的主要功能

7、。防洪、調(diào)水產(chǎn)生的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是宏大的。而滿足正常防洪、調(diào)水是以一定庫(kù)容作基矗保證一定庫(kù)容的重要措施是排沙清淤。因此，去除丹江口水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積泥沙，保證水庫(kù)具有一定庫(kù)容、延長(zhǎng)其使用壽命，不但有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且有更重要的社會(huì)意義。然而，對(duì)處于正常運(yùn)行水庫(kù)進(jìn)展排沙清淤，往往得不到人們的重視。有一個(gè)重要原因是人們認(rèn)為：去除庫(kù)區(qū)中淤積泥沙的費(fèi)用高于修建同體積水庫(kù)的費(fèi)用。對(duì)此，筆者有不同的看法。筆者認(rèn)為：大型水工建筑物對(duì)地址的選擇上往往具有惟一性。也就是說(shuō)，在某個(gè)流域內(nèi)某一位置所修建的水利樞紐，其效能具有唯一性。例如：當(dāng)?shù)そ谒畮?kù)淤死廢棄后，在漢江流域很難再建一座與丹江口水庫(kù)效能等同的水庫(kù)。另外

8、，淤死廢棄后的水庫(kù)不但不能創(chuàng)造效益，而且還會(huì)危害環(huán)境，還需投入治理和管理費(fèi)用。因此，去除庫(kù)區(qū)中淤積泥沙所產(chǎn)生的效益是長(zhǎng)遠(yuǎn)的，是不能與修建同體積水庫(kù)的費(fèi)用等比的。況且還可采取早期治理、分散投資和對(duì)去除物綜合利用來(lái)降低本錢(qián)投入。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3水力排沙清淤3.1丹江口水庫(kù)水力排沙清淤概況水力排沙清淤是根據(jù)水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用水流所具有挾沙才能的特點(diǎn)，按照人們的意愿，通過(guò)水工建筑物把庫(kù)區(qū)的泥沙排到指定的區(qū)域內(nèi)。在利用水力排沙方面，丹江口水庫(kù)采用深孔泄洪排沙。深孔泄洪排沙，只能排走壩前淤積泥沙和少量懸移質(zhì)泥沙。此排沙法是以減少蓄水量為代價(jià)。從30多年的實(shí)際運(yùn)用情況看，收效甚微，而且向下游排泄泥

9、沙會(huì)危害下游王甫洲水利樞紐和下游河道環(huán)境如今多數(shù)河流實(shí)行梯級(jí)開(kāi)發(fā)，由上游水利樞紐向下游排沙的做法已不可取。另外，南水北調(diào)中線工程開(kāi)工后，大壩加高和大量調(diào)水使泄水時(shí)機(jī)將大大減少。因此，利用大壩泄水排沙在丹江口水庫(kù)將難以發(fā)揮作用。根據(jù)入庫(kù)泥沙大局部先落淤在變動(dòng)回水區(qū)，而后在汛、枯期和豐、平、枯水年份的周期交替中，不停地、循環(huán)地、一次次地把泥沙從水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)的淺水區(qū)搬運(yùn)到深水區(qū)，直至水庫(kù)被泥沙淤滿為止這一規(guī)律。筆者提出在丹江口水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)及其附近，修建水力排沙樞紐工程，使河流泥沙在未入庫(kù)前就被排走。3.2修建旁引蓄沙水庫(kù)在庫(kù)區(qū)河道岸旁的溝谷、山川中，利用有利地形修建引洪蓄沙水庫(kù)。在洪水期將泥沙引

10、入庫(kù)中沉蓄，澄清后的庫(kù)水或再引入主庫(kù)或作他用。利用旁引蓄沙水庫(kù)可排走推移質(zhì)、懸移質(zhì)等入庫(kù)泥沙。旁引蓄沙水庫(kù)庫(kù)址選擇。旁引蓄沙水庫(kù)庫(kù)址應(yīng)選擇容積較大、地質(zhì)構(gòu)造比擬穩(wěn)定的溝谷、山川。丹江口水庫(kù)上游河道為山區(qū)河道，兩岸山谷縱橫，有合適修建旁引蓄沙水庫(kù)的溝谷、山川如：處于西峰咀河段的五峰區(qū)的川谷地帶。假如澄清后的庫(kù)水不再引入主庫(kù)而作他用時(shí)，最好把庫(kù)址選擇在外流域。旁引蓄沙水庫(kù)引水口所處河段位置選擇。旁引蓄沙水庫(kù)引水口所處河段位置應(yīng)按排沙種類(lèi)進(jìn)展選擇。以排走推移質(zhì)為主的引水口，可布置在變動(dòng)回水區(qū)上部如：天河口至白河段；以排走中細(xì)沙和懸移質(zhì)為主的引水口，可布置在變動(dòng)回水區(qū)的下部如：花梨彎至天河段。旁引蓄沙

11、水庫(kù)引水口布置?？筛鶕?jù)泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，巧妙地借助地形優(yōu)勢(shì)來(lái)布置旁引蓄沙水庫(kù)引水口。如：天然彎道是布置推移質(zhì)排沙清淤工程理想之地。利用彎道產(chǎn)生橫向環(huán)流原理，水流在彎道內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生離心力，表層水流向凹岸，處于底層挾帶推移質(zhì)泥沙的水流流向凸岸。由此，可在彎道的凸岸布置旁引蓄沙水庫(kù)引水口，即形成正面排沙側(cè)面引水的布置形式。3.3引洪淤灌用洪用沙丹江口水庫(kù)灌渠引水口象其他水庫(kù)一樣也布置在水庫(kù)下游的壩前附近。由于丹江口水庫(kù)壩前附近大多時(shí)間為清水，所以灌區(qū)的農(nóng)田根本上是常年清水灌溉。假如把灌渠引水口布置在水庫(kù)上游變動(dòng)回水區(qū)與常年回水區(qū)交界處如：神定河至堵河口及其附近，引水渠充分利用有利地形沿水庫(kù)邊向下游延伸，

12、然后與陶岔、清泉溝引水灌渠相連，構(gòu)成引水排沙、灌溉樞紐網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；為了多排沙也可沿途多開(kāi)引水口。洪水期將泥沙引走進(jìn)展農(nóng)田灌溉，既可以減少庫(kù)區(qū)泥沙淤積，又可有利于農(nóng)業(yè)消費(fèi)，上、下灌渠相連既能排沙也能保證供水。這可能會(huì)使灌渠發(fā)生泥沙淤積，但灌渠清淤要比庫(kù)區(qū)清淤容易得多。4機(jī)械挖沙清淤4.1機(jī)械清淤布設(shè)機(jī)械挖沙是去除庫(kù)區(qū)淤積泥沙的一種直接、實(shí)效的方法。目前，采用機(jī)械挖沙的水庫(kù)，大多是在庫(kù)區(qū)淤積泥沙影響水庫(kù)運(yùn)行時(shí)在壩前采取的“治療型清淤治理“治療型清淤是指：對(duì)于庫(kù)區(qū)泥沙淤積已阻礙水庫(kù)的正常運(yùn)行或者死庫(kù)容已被淤滿時(shí)所進(jìn)展的排沙清淤治理。而壩前水較深，作業(yè)困難，施工本錢(qián)高，工效低。根據(jù)丹江口水庫(kù)的運(yùn)行情況，

13、目前還不需要在庫(kù)區(qū)壩前開(kāi)展施工困難、且費(fèi)用昂貴的“治療型清淤措施，還適宜采勸防治型清淤治理?！胺乐涡蜋C(jī)械挖沙清淤，宜布置在水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)及其附近。因?yàn)樗畮?kù)變動(dòng)回水區(qū)及其附近是淤積泥沙最多的重點(diǎn)區(qū)域，且水深淺，便于機(jī)械作業(yè)，施工本錢(qián)低，去除效果好。另外，汛前去除后的河段，河底比降減小后形成人工沉沙池，使來(lái)年汛期的泥沙又沉落在該河段內(nèi)。這樣循環(huán)往復(fù)地機(jī)械挖沙清淤，既可以對(duì)入庫(kù)泥沙有效地控制在變動(dòng)回水區(qū)及其附近，防止泥沙向深水區(qū)擴(kuò)散，有利于集中治理，減少人力物力的投入；又可以有效治理水庫(kù)“翹尾巴問(wèn)題，真實(shí)一舉多得，效用倍增。機(jī)械清淤工程是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程。它的布設(shè)既要考慮應(yīng)以最少的投入而得到最高的

14、回報(bào)為原那么來(lái)投放挖沙機(jī)械，又要考慮施工其間的行洪、航運(yùn)、交通的正常運(yùn)行，還要考慮清淤物的堆放和綜合利用以及對(duì)生態(tài)、環(huán)保等因素的影響。機(jī)械挖沙清淤，可在整個(gè)變動(dòng)回水區(qū)及其附近同時(shí)展開(kāi)，也可分段進(jìn)展。在變動(dòng)回水區(qū)及其附近的機(jī)械清淤應(yīng)按地形特征來(lái)布設(shè)。寬闊的大肚區(qū)域如：鄖陽(yáng)縣城上、下的兩個(gè)大肚區(qū)域是機(jī)械清淤的重點(diǎn)區(qū)域。因?yàn)?，在寬闊的大肚區(qū)域內(nèi)，由于過(guò)水面積增大，流速和挾沙力減小，使大量泥沙落淤，即在該區(qū)域形成天然的沉沙池。該區(qū)域水面寬闊，適宜多臺(tái)機(jī)械共同作業(yè)，其清淤重點(diǎn)是灘地局部。分叉河道如：在油房溝口的孤山、堵河口處的大孤山、天河口上游的孤山子等處，把漢江分成左右半江是挖沙清淤的好場(chǎng)所。對(duì)于分叉

15、河道可實(shí)行左、右江輪換作業(yè)，這樣使施工期間不影響航運(yùn)的正常通行。彎道處泥沙落淤在凸岸，所以彎道處機(jī)械清淤的重點(diǎn)應(yīng)放在凸岸。在順直河段，為了不影響航運(yùn)的正常通行，也可按左、右半江分別清淤。卡口段和天然節(jié)點(diǎn)處，多為不淤地帶，不進(jìn)展機(jī)械清淤。4.2挖沙機(jī)械種類(lèi)選擇挖沙機(jī)械種類(lèi)選擇應(yīng)根據(jù)淤積物的組成分布不同來(lái)選擇不同種類(lèi)的挖沙機(jī)械。水流挾帶泥沙在進(jìn)入庫(kù)區(qū)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，隨著水力因子呈現(xiàn)有規(guī)律地變化，淤積泥沙在沿程的分布上也呈現(xiàn)出嚴(yán)格的上粗下細(xì)的變化規(guī)律即：變動(dòng)回水區(qū)的上部淤積物為卵石和粗沙，下部的沉積物為細(xì)顆粒泥沙。在卵石和粗沙礫石這一區(qū)間，一般水比擬淺，可采用挖沙船進(jìn)展常年清淤，低水時(shí)裸露局部的泥沙亦

16、可采用挖土機(jī)進(jìn)展清挖；在變動(dòng)回水區(qū)與常年回水區(qū)的交界處，分布的淤積物多為細(xì)沙和黏土，水比擬深，在這一區(qū)間可采用鉸吸式或深水吸揚(yáng)式或其它更先進(jìn)的挖泥船進(jìn)展清淤。4.3攔、排、挖結(jié)合法水庫(kù)泥沙淤積治理的方法可歸納為攔、排、挖。在治理過(guò)程中，往往需要多種方法結(jié)合進(jìn)展。假如使攔、排、挖有機(jī)結(jié)合，那么會(huì)使治理效果更好，并能起到集中施工和降低本錢(qián)投入的作用，還可使水利工程具有重復(fù)利用的功能。詳細(xì)結(jié)合應(yīng)因地制宜、靈敏多變，可采用兩種方法相結(jié)合，也可采用三種方法相結(jié)合。上述的旁引蓄沙水庫(kù)就是排與攔相結(jié)合。大型溝叉與庫(kù)區(qū)的交匯處如：安成溝口、將軍河口、白河城河交匯口等是修建攔、挖結(jié)合工程的理想之地。假設(shè)在大型溝

17、叉與庫(kù)區(qū)的交匯處修建一定的水工建筑物，使汛期蓄洪時(shí)形成盤(pán)旋區(qū)。盤(pán)旋區(qū)能使溝叉洪水和一局部庫(kù)區(qū)水流所挾帶的泥沙落淤；到枯期時(shí)，再集中力量把汛期所淤泥沙去除走即為攔、挖結(jié)合法，并使工程在來(lái)年可重新利用。現(xiàn)已建成的天河口和三門(mén)口攔河壩，已成功地?cái)r蓄了一定的泥沙。但缺乏的是沒(méi)有進(jìn)展及時(shí)去除已淤積的泥沙，使這些工程漫漫地失去了應(yīng)有的作用；再者，這些攔沙工程在淤滿之后假設(shè)不及時(shí)把淤積泥沙去除走，那么容易造成攔沙壩跨塌，致使原被攔截的泥沙又流入庫(kù)區(qū)。4.4清淤物的處理清淤物的處理是水庫(kù)泥沙淤積治理的一個(gè)重要局部。清淤物的處理應(yīng)遵循：長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、綜合利用、平安堆放和有利環(huán)境的原那么。長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃是大前提，清淤物處理的每項(xiàng)工程都應(yīng)著眼將來(lái)、立足長(zhǎng)遠(yuǎn)。例如：運(yùn)輸清淤物的交通規(guī)劃、堆放清淤物的地點(diǎn)選擇等，都應(yīng)考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)利益。清淤物綜合利用：對(duì)不同粒徑的清淤物泥沙，應(yīng)按其用處的不同進(jìn)展綜合利用處理。卵石和粗沙可用于工程建筑材料?？梢酝ㄟ^(guò)政府制定政策性法規(guī)，使去除的、合適作工程建筑材料的卵石和粗沙進(jìn)入周?chē)慕ㄖ袌?chǎng)，既可以變害為利，又可