泥沙淤积（精选4篇）
泥沙淤积 篇1
1 水库泥沙的冲淤现象和基本规律
1.1 库区水流形态和输沙流态
库区水流形态主要有变水流态和均匀流态两种。均匀流态的抉沙特征与一般天然河道相同, 称为均匀明流输沙流态, 这种流态挟带的泥沙数量沿程不变。当来沙量与水流可以挟带的沙量不一致时, 就会发生沿程淤积或沿程冲刷。在壅水流态下, 库区可以发生以下3种输沙流态: (1) 浑水进入库区壅水段后, 泥沙扩散到水流全断面, 由于壅水, 流速沿程递减, 水流能挟带的泥沙数量也沿程递减; (2) 入库浑水含沙较浓且细颗粒较多, 则浑水进入壅水段后, 不与库内清水发生全局性掺混, 而潜到清水下面沿库底向下游运动, 则形成所谓的异重流输沙流态; (3) 异重流抵达坝前而不能排出库外时, 异重流浑水在坝前清水水面以下滞蓄而形成浑水水库。在望水明流输沙流态时, 如泄流量很小, 库区壅水程度较大, 流速极小而来沙较多、较细时, 也会形成浑水水库输沙。综上所述, 库区不同的水流形态有着与之相应的输沙流态。而不同的输沙流态, 又产生不同的淤积形态。
1.2 水库泥沙的冲刷现象
库区泥沙冲刷可分为溯源冲刷、沿程冲刷和壅水冲刷3种。
1.2.1 溯源冲刷。
是指当库水位下降时所产生的向上游发展的冲刷。库水位降落到淤积面以下越低, 其冲刷强度越大, 向上游发展的速度越快, 冲刷末端发展的也越远。溯源冲刷发展的形式与库水位的降落情况、前期淤积物的密实抗冲性等因素有关。
1.2.2 沿程冲刷。
是指不受库水位升降影响的库段, 因水沙条件改变而引起的冲刷。即当水沙条件如流量和含沙量发生变化的时候, 原来的河床就会不相适应, 为了调整河床使之适应变化了的水沙条件, 所发生的冲刷 (或淤积, 淤积时即为沿程淤积) 。
1.2.3 望水冲刷。
是指库水位较高而上游未来洪水的情况下。开启底孔闸门发生的冲刷。这种冲刷只是在底孔前形成一个范围有限的冲刷漏斗。漏斗发展完毕, 冲刷也就终止。漏斗发展的大小又与淤积物固结程度有关。末充分固结的新淤积物, 易于冲刷, 冲刷漏斗就较大。
2 多沙河流水库防治淤积的措施
水库淤积的防治措施, 主要包括3个方面, 即加强水土保持减少泥沙入库, 合理运用减少水库淤积和清除水库淤积措施。
2.1 加强水土保持减少泥沙入库
水土保持是减少水库淤积的根本途径, 它既能保水保土保肥, 又能拦沙。减少入库泥沙量, 因而从根本上解决了水库的淤积问题。关于水土保持措施主要包括生物措施、农业措施和工程措施3个方面, 应根据具体情况合理进行选择。如植树造林、种草绿化荒山。合理耕种梯田, 深耕密植, 开沟拦截地表水, 修筑淤地坝、拦沙堰、拉泥库等。
2.2 合理运用减少水库淤积
对水库进行合理运用管理, 主要包括采用引洪放淤、蔷清排浑、拦洪苦水、异重流排沙等运用方式。
2.2.1 引洪放淤。
引洪放淤主要有引洪淤酒、淤滩造田和洼地放淤等方式。通过水库的引洪放淤, 不仅可以营造农田、改良土壤, 也可以减少水库的泥沙淤积程度。
2.2.2 蓄清排浑。
多沙河流的泥沙主要集中在汛期, 尤其是汛期的前几次洪水。蓄清排浑运用方式, 就是在汛期的主要来沙季节, 采用空库迎汛或降低水位运用, 当洪水挟带大量泥沙入库时, 利用排沙设施 (如排沙底孔、输沙隧洞) 排沙减淤, 当河中含沙量较小时, 拦蓄径流, 蓄水兴利。也可以通过并联、串联水库, 多个联合运用, 以达到蓄清排浑的目的。另外, 也有的通过引清入库或筑渗水坝著清, 汛期泄洪排浑。
2.2.3 拦蓄洪水。
对于库容相对较大, 河流含沙量较小的水库, 可以采用拦洪蓄水, 即水库常年蓄水, 非汛期拦蓄基流, 汛期拦蓄洪水, 并根据具体情况泄放水量。由于水库常年蓄水, 往往淤积速度较快、水库寿命缩短, 所以有时要结合蓄清排浑运用方式。
2.2.4 异重流排沙。
在水库蓄水情况下, 当洪水挟带大量泥沙入库时, 由于清水与浑水比重有别, 两者基本不相混掺, 而是浑水潜入库底并向坝前运行。此时若及时打开底孔闸门, 将浑水排出库外, 则可减少水库淤积量。
上述几种运用方式, 应根据具体情况进行比较后选择, 也可以结合进行, 以更好地减轻水库淤积。
2.3 清除水库淤积的措施
清除水库淤积的方法较多, 主要有人工排沙法、机械清淤法、虹吸清淤法和高渠冲滩法4种。下面进行简单介绍。
2.3.1 人工排沙法。
这种方法是在水库泄空期间, 可用人工将主槽两侧的淤泥推向主槽, 或将水流导入滩地上预先开好的新主槽内, 依靠清水基流或洪水的冲刷作用, 将泥沙排至库外。人工排沙法简便易行, 不但能排除滩地淤积, 而且变清水为浑水后还可用于下游淤灌。
2.3.2 机械清淤法。
机械清淤法, 是利用挖泥船、吸泥泵等设备来清淤, 而恢复水库的库容。实践证明, 这种方法需要较大的动力设备, 费用高, 淤泥堆放困难, 对于我国量大面广、淤积问题比较严重的中小型水库适用较为困难。
2.3.3 虹吸清淤法。
虹吸清淤法又称水力吸泥法。清淤设备由操作船、输沙管、吸头、浮筒和连接装置等组成。输泥管的一端用连接装置与坝的放水设备连接, 另一端则安装吸头沉入水中, 投放在淤泥面上, 以便搅拌淤泥成悬浮状后, 通过吸头将淤泥吸人输沙管中, 并通过输泥管输送到水库下游或引入渠道进行淤灌。为了便于吸头移动, 吸头用悬索吊在操作船上进行控制。输泥管中部用悬索系在浮筒上, 形成拱形管, 利用水库上、下游存在的水头差产生虹吸作用, 用沉入水下吸头搅起的泥浆吸入输泥管中, 排至下游。
2.3.4 高渠泄水冲淤法。
在水库上游河道上修建低坝或围堰, 并沿水库周围修建高渠, 在高渠长度方向每隔一定距离在滩面上开设横向引槽, 利用拦河坝或周围堰将河水截住, 引水进入主渠, 再从输水高渠中进入引槽, 依靠渠水居高临下的水头, 冲刷滩地淤泥进入主槽, 然后通过泄水洞排出库外。这种方法一般对于蓄清排浑运用的中小型水库较为适用。在泄空或低水位时, 利用河道基流来冲刷露在水面以上的滩地, 所需的冲刷流量较小, 不需要机械设备, 经济实用。
参考文献
[1]刘阳.小型水电站泥沙淤积分析及防治措施[J].水利规划与设计, 2008 (5) .
[2]周庆荣.纪念.花瓶沟水库泥沙淤积分析及小流域水土流失治理思路[J].水资源与水工程学报, 2009 (6) .
水库泥沙淤积问题防治措施探讨 篇2
一些地区发生行进性水土流失, 水库泥沙以惊人的速度迅速淤积, 降低了发电、灌溉以及供水工程的效益。许多国家和国际技术经济援助机构已经重视这个问题, 并通过实现上游水土保持计划控制水库淤积。本文总结了关于运用流域管理减少水库泥沙淤积方面的技术经验。文章分以下三个主要部分论述:第一部分论述能够保证降低水库泥沙淤积速率的规划方案与管理措施。在这一节中对水库建设、运行等不同阶段所造成的库容损失, 以及有可能影响建筑物的经济效益, 提出了不同的规划方案。文章的第二部分综述了泥沙的输送和水库淤积, 阐述了水库上游水土保持的效果与其所限制的类型条件。文章的最后一部分概述了水土保持规划是一项重要的工作。
2 规划方针与管理措施
流域管理已经成为减少水库泥沙高速淤积的愈来愈有效的技术。由于在多沙流域中往往不可能考虑修建水库, 因而, 在一些流域规划中, 它也用来作为修建水库的依据。运用流域管理保护水库积累的经验大多数情况可明确地归纳为以下三种类型。
第一种情况是坝尚未兴建, 输沙量是已知的, 探索减少泥沙的方法。第二种是坝在近期修建的, 泥沙的淤积率超过设计标准, 建筑物修正设计使用年限比原设计短得多。第三种情况是多年来运行良好的坝, 并且认为已达到了使用期限, 死库容已不能再利用, 有效库容因淤积而缩小, 需要探索延长水库使用期限的方法。
2.1 尚未修建坝的情况
保护水库可以通过上游流域管理的方法, 主要包括植树造林, 另外还可以包括一些工程措施以及组织管理措施以防止侵蚀。改造森林、牧区和农业需要时间才能完成, 流域内居民接受并实现技术改革也需要时间。所需时间的长短决定于所采取的措施、气候的特点以及各种新技术所引起的社会变革。在温带植树造林约需要20年或更多一些时间才能达到足以影响流域水文条件的变化, 热带可能仅需要一年半。减少水土流失改造牧区和农业可能需要两年或更多一些时间, 但是通过社会的约束可能使所需的时间延长到数十年, 而不是几年。
因为着手进行流域管理需要时间, 大坝施工以前, 最好要进行流域的规划、设计、研究和组织工作。最理想的情况是在水库开始蓄水之前就已经完成了流域水文条件的改善工作。由于流域自然条件的限制, 这些工作需要提前20年或更多一些时间进行。
控制泥沙流失所采取措施的效果决定于上述问题解决的程度、流域的大小以及流域居民接受新技术的程度。有许多情况, 解决这个问题超出了本文所推荐方法的范围。
2.2 泥沙淤积超出设计速率
建议把改善上游资源的管理作为泥沙控制的措施, 以减少许多水库所受到泥沙高速淤积的威胁。有许多这样的例子, 在改善流域水文条件完成之前, 有效库容在10年之内被淤积了大部分。
如果有效库容的主要部分在短期内被淤满, 则改善上游控制措施不能用来延长水库的寿命。如第一种情况所表明的, 改善流域水文条件以及资源的管理需要相当长的时间。由下一节叙述的理由可知, 如果流域面积超过了所管理的范围, 则工程也将得不到保证。如果泥沙来源不受上游控制措施的作用, 也不要硬性采用。这些泥沙处理措施的重点应当首先考虑那些靠近水库以及通向水库的主要河槽附近易受冲蚀的地区。
如果由于错误的水文资料导致建筑物尺寸不足, 应当搞清问题发生的原因, 以便采取必要的措施, 但这些措施应符合世界气象组织所公认的权威人士的意见。
2.3 延长已达使用年限坝的设计寿命
在多数情况下, 改善流域管理以减少水库淤积速率可能太晚了, 应调查研究例如选用加高坝顶高程等有效方案。疏浚水库的泥沙费用相当昂贵, 并带来弃土问题, 但是对于重点沉沙区, 特别是那些靠近水库或主河槽的地带可采用这种方法处理。
3 泥沙输送与水库淤积综述
水库泥沙淤积速率决定于水库所拦截的入库泥沙量。如果库容超过1000万立方米, 假定水库截淤效率为100%。小型建筑物的截淤效率可以通过水库入口以上和坝下的水文测量设备量得数据, 通过悬移质的对比以及水库地形测量资料, 或利用截淤效率曲线等方法得到, 也可以由经验判断加以估计。
水库沉积物按泥沙粒径分区沉积, 大体可分三种类型: (1) 、回水区沉积; (2) 、三角洲沉积; (3) 、库底沉积。
回水区沉积物系由粗料组成, 它沉积在水库入口即回水区附近, 水库正常运行水位高程上。回水区沉积是主要的推移质集中区。在某些水库回水沉积区, 由于水生植物的生长, 减缓了入库流速, 促使推移质沉积。还有一些水库, 泥沙沉积抬高了河床, 增加了水库入口上游的洪灾。较大的洪水终将冲击泥沙并将泥沙带入库中。
沙与较大粒径的沉积物往往淤积在水库入口的三角洲沉积带。可以根据入流的粗沙含量及其比重以及库区地形估计三角洲沉积区的范围。三角洲沉积常将大量水体与泄水口隔开形成一个水湾, 因此它在水库中特别重要。
库底沉积物是由粉沙和粘土组成。特别是在水中含有溶解盐含量较高的粘土的情况下, 它可能发生絮凝作用并加速沉淀。含泥量相当大的水, 由于其比重较大可能与库中清水保持分离状态, 并以下层异重流形态流向坝址。异重流集中到坝的附近时, 可以用特殊的冲刷方法排走。
并不是所有的侵蚀土粒都进入并沉积在库中。侵蚀源离开水库愈远, 则泥沙沿其输移路程沉降的机会就愈多。输沙量随流域面积的增加而下降。对某一流域而言, 其下降率可根据两个或两个以上的水文测站的泥沙资料予以准确地确定。在一个单一均质的流域中, 输沙量一般随流域面积的负1/8幂成比例地减少。如果选择一公顷面积作为一个点侵蚀源, 有一半的侵蚀泥沙将到达流域面积为2.5平方公里的地方。以此类推, 将有1/4的侵蚀泥沙到达流域面积为600平方公里的地方。
根据泥沙粒径, 总输沙量可以分为冲泻质和推移质两个组成部分。根据定义, 冲泻质系由小粒径泥沙组成, 并主要以悬浮状态输移。推移质系由较冲移质粒径为大的泥沙组成, 虽然推移质集中在河床底部, 但仍能以悬浮状态输移。冲泻质的浓度取决于冲泻质给河槽的输送量, 而不取决于河槽的输送能力。冲泻质主要来源于片蚀和细沟侵蚀等地表过程。推移质的含量取决于水流对它的启动能力, 它来源于细谷和细沟侵蚀等集中径流过程, 或大量废渣直接抛入河槽中。大部分冲泻质一经进入河槽最终均可到达水库。推移质由于其粒径较大而比冲泻质更易于在其输送途中沉积。
侵蚀通常在建坝之前的一个相当长时期就发生了, 其中大部分泥沙在其输移过程中成为淤积河段的沉积物。控制河槽泥沙输移最有效的方法不是直接取决于土地管理政策, 而是采取防洪措施。但是通过土地管理政策可以间接地达到防洪的目的, 因为土地管理政策可以增加初期排水和入渗率, 从而改进流域水文条件以削减洪峰和洪量, 但在大洪水时仍可超过其容量。如果不修建一些防洪坝和拦沙库, 则在大洪水时会有大量泥沙进入水库。
4 泥沙控制规划的内容
制定流域上游水土保持规划以减少水库泥沙淤积需要具有多种专业知识的专家们发挥各专业的作用。在初步规划中, 应根据泥沙资料研究确定建筑物的使用年限;考虑由泥沙沉积所引起的特殊问题;确定上游可控制的泥沙沉积量;根据水库沉积物查出泥沙的主要来源, 最后提出合理的泥沙控制措施和方案。
4.1 估算水库使用年限
假定泥沙淤积占有效库容80%时, 则认为建筑物的经济寿命终止。泥沙的淤积速率取决于水库的泥沙平衡, 即对截淤效率所修正的入库泥沙率。不是所有的入库泥沙都可以通过水库进口处的水文测量设备测得。特别是当引起大块土料直接进入水库时, 库岸侵蚀与波浪侵蚀往往是重要的泥沙来源。相对于水库方向的季风方向、风频以及岸边土料的组成均是估计库岸泥沙量的因素。库岸侵蚀一般不能用土地管理政策的措施加以控制。
泥沙淤积速率可以根据水库测量资料、入口水文资料以及侵蚀资料进行估算加以确定。大约每隔5～10年进行一次水库测量, 以便估算出合理的淤积速率。水库测量可以在水库放空时通过陆地测量, 也可以通过水深测量。水深测量可以利用测深绳或声波探测仪进行。
利用水文资料也可以计算泥沙淤积速率。输沙量的资料必须根据没有测得的部分输沙量、水库截淤效率, 由泥沙比重所得到的体积以及泥沙密实度加以修正。根据水样含沙量求得的输沙量包括两部分:可测泥沙量与不可予侧泥沙量。悬浮泥沙的测量不能采用推移质水样, 或者在邻近河底处不能采样带的水层中的悬浮泥沙。修正悬浮泥沙资料使其包含不可予测得的泥沙量的方法有恩斯特英法和科尔比法。马克多推荐一种根据悬浮泥沙浓度、河床质以及悬浮泥沙结构以确定推移质的分类法。水库截淤效率在前段已经讨论。泥沙的密实作用主要发生在细颗粒 (特别是含有粘土) 中, 这些粘土由于水库运行水位的变化使其发生周期性干燥。
计算水库泥沙需要根据所估算的侵蚀修正输移损失、水库截淤效率、由比重计算的体积以及密实度等。因为一个大流域通常包括各种水文系统以及所发生的各种侵蚀过程, 因而这个问题往往是太复杂以致不能精确地进行分析。
4.2 泥沙沉积
由泥沙沉积所产生的一些特殊问题已在本文的一些章节中间接地论述。三角洲将大部分库容与泄水口隔开, 这与有效输沙率、水库地形以及泥沙输送等因素有关。库岸侵蚀的灵敏度可以根据附近具有类似特性的水库曾发生的情况予以评价。由于回水淤积, 游平上原洪灾增加, 但这已超出用改进土地管理方案控制泥沙的能力范围。
库底淤积和三角洲淤积的库容损失率能否通过上游而减缓。减缓泥沙淤积措施的效果取决于问题解决的程度、影响流域的范围、流域内居民对所提出的控制措施的接受程度以及提出制定土地管理方案的时间。
4.3 受上游控制的部分泥沙
在制定上游流域管理计划时, 对水库泥沙平衡以及泥沙沉积所发生的各种特殊问题的评价是很重要的。上游侵蚀控制是减少流域内冲泻质的一项重要措施。通过改善流域水文条件, 用减洪的方法也能间接控制推移质的输移。直接控制由侵蚀从河槽排出的泥沙或者由各种分散的侵蚀源产生后集中的细粒泥沙都给水库带来许多问题, 这些问题都超出了流域控制管理的范围。为保持有大量推移质水库的泥沙平衡, 需排出进入水库 (或河网人口) 的泥沙, 这些问题也超出用流域控制措施减少泥沙输移的能力范围。大洪水也将不断引起粗颗粒泥沙的输移。
4.4 流域内泥沙来源
流域内的泥沙来源可以根据流域资源踏勘编目标准进行鉴定。流域资源编目有几种表格。为了鉴定主要泥沙来源地, 必须综合评价流域的土壤、地形和植被。用综合和细分 (分成组合和单一的土地类型) 的方法制定土地单元的分类级别。评价水库泥沙来源区时, 重要的是找出那些高侵蚀危险区以及大径流可能发生区的水文地理单元。
5 流域管理计划的组成与结论
以上各段概述了泥沙控制方案的各主要组成部分。在一些重点区可以采用生物措施、工程措施以及组织管理措施来控制泥沙。根据输移的沙量, 沙源包括水库及其主河槽附近以及那些高侵蚀区。
流域管理的范围, 应根据水库的目的及问题的严重程度而定。被占用的农业蓄水水库的集水面积, 可以予以恢复, 其它流域的开发, 也应当加以限制, 例如改善牲畜放养范围、重新植树造林等等。当有其它较好的方案如加高坝顶, 则可根据其费用很快确定其管理的范围。
归根到底, 从土地利用的观点讲, 建坝的理由是不充分的。除了那些条件本来就好和未被开发的流域之外, 利用土地管理手段的改善不能成为进行劣等工程设计的理由。较为理想的是应该依靠作物、林木及饲料生产的改善—即本身的效益来进行支付, 而其它的效果—为减少输沙量往往被认为是一种附带的效益。
摘要：本文通过对水库泥沙淤积形成机理和过程的阐述, 对水库泥沙淤积问题进行了科学分类, 并针对每种情况进行了详细探讨, 结果表明, 流域的管理与治理对水库泥沙问题起着至关重要的作用, 必须认识其重要性, 并用科学的方法管理。
关键词：水库,泥沙淤积,流域治理
参考文献
[1]薛家认.流域管理与立法[J].水利经济.1999, (06)
[2]李婉晖, 潘文斌, 邓红兵.水资源利用与保护的途径——流域管理[J].生态学杂志.2004, (06)
泥沙淤积 篇3
我国北方, 特别是流经黄土高原的黄河中游地区的中、小型水库, 由于河道含沙量高, 最高达1500公斤/立方米, 库容淤积十分严重。据陕西省对1498座水库调查统计, 淤损库容8.73亿立方米。淤满报废的100万立方米以上水库有61座。水库淤积已成为一个亟待解决的问题。如何处理好小型水库的泥沙淤积, 本文将以黑松林水库、小华山水库和小道口水库的泥沙处理为例, 谈一些看法和意见。
1 黑松林水库
黑松林水库位于陕西省淳化县境内的冶峪河上, 是以灌溉结合防洪的小型水库, 总库容860万立方米, 坝高45.5米, 输水底孔泄流能力10立方米/秒。流域多年平均径流量1436万立方米, 多年平均输沙量69.03万吨, 汛期平均含沙量113公斤/立方米, 悬沙粒径中值为0.025毫米左右。
黑松林水库1959年建成, 由于对泥沙淤积损失库容认识不足, 到1962年水库运用仅3年, 库内淤积泥沙达162万立方米, 占总库容19%, 按此推算水库寿命只有16年。为了解决水库淤积, 研究水、沙利用, 经过调查分析, 黑松林水库能进行调水调沙, 保持终极库容的条件有: (1) 水库设有底孔、可以排沙: (2) 库下游有11万亩农田可引洪淤灌, 渠系具备输送浑水泥沙能力; (3) 利用汛期水量少、沙量多的特点 (7、8两月水量为全年25%, 沙量为87%) , 可采用泄空冲沙或异重流排沙; (4) 洪水入库后, 由于泥沙颗粒细, 悬浮时间长, 不易沉淀固结, 停滞数月仍能顺利排出。因此将水库运用方式改分“蓄清排浑、引洪淤灌”, 即在河道来沙的主要时期泄流排沙减少淤积, 其他时期蓄水兴利。从1962年7月改变运用方式以后, 到1979年, 河道来沙1180万立方米, 库内淤积仅174万立方米, 淤积速度为10万立方米/年。排沙主要靠滞洪和异重流两种方法。据统计:异重流平均排沙效率为65%, 滞洪排沙效率为90%, 从而使水库终极库容可达250~300万立方米, 水库寿命可延长到80年。
在蓄清排浑过程中, 他们还利用滩面上的高渠泄水拉淤。第一次采用人工辅助排沙, 五天排除滩面淤泥1.95万吨。1977年汛期, 利用滩面高渠拉淤, 日排泥量高达8 5 8 0吨, 效果显著。此法费省效高, 操作简便, 应用性强, 在水量0.2立方米/秒时, 日平均拉淤4000多吨, 清淤成本仅0.028元/立方米。高渠泄水冲滩试验成功, 对中小型水库清除滩面泥沙, 恢复库容无疑是一个实用价值较好的措施, 值得各地推广应用。
2 小华山水库
小华山水库位于陕西省华县瓜坡镇南, 在金堆峪河下游。该库年来水量200万立方米, 年来沙量5万吨。水库总库容176.8万立方米, 其中:死库容6万立方米, 有效库容1 3 9.2万立方米。土坝坝高3 3米, 坝身设有输水洞, 洞前有转动斗门, 放水流量1.5立方米/秒。从建成至1976年, 拦洪运用18年, 库内淤积泥沙52.5万立方米, 占总库容29.7%, 有效库容损失46.5万立方米, 占有效库容的33.4%。
1 9 7 6年他们开始了机械排淤实验研究, 1 9 7 8年正式试验运行。所采用的机械排淤装置由四部分组成:即吸头、输泥管道、操作船和联结建筑物。吸头为吹水冲泥式亦称簸箕式。这套装置的排淤能力为10—12万吨/年。1983年仅机械排淤一项排除的沙量就相当于进库沙量的165%。
因此, 我们认为, 类似小华山水库的其他小型水库, 年来沙量为10—12万吨, 水量在200万立方米左右, 采用这套设备清除水库淤积, 保持有效库容长期使用是完全可以达到的。
3 小道口水库
小道口水库位于陕西省三原县陵前公社小道口村西的浊峪河干流上。总库容186万立方米 (其中溢洪道以下120万立方米) 。坝为均质土坝, 高2 5.3 5米, 原放水为竖井插板门, 管径0.8米, 过水3.23立方米/秒, 后封井改为0.85×0.9米引水卧管。水库运用方式原定以拦泥、防洪为主, 灌溉农田1.7万亩。运用7年 (即1957—1964年) 全部淤废成死库。在坝高20米基础上又加高5米。由于运用方式未变, 至1976年坝前淤泥面竟超过溢洪道底2.7米, 淤积量198万立方米, 比总库容还多12万立方米, 不但是一个死库, 而且成为一座险库, 直接威胁着下游人民和农田安全。为此, 经上级主管部门研究决定, 进行“死库复活”的实验研究。从1977年开始增建排沙洞, 其断面为1.7×1.7米马蹄洞, 长115米, 泄量为10立方米/秒。1978年汛期改变运用方式, 排沙冲淤, 进行系统实验, 不到3年采用多种冲淤措施, 已恢复库容19万立方米, 初见成效。
小道口水库7—8月来沙量占全年84%, 水量占3 2%。利用这一水、沙特点进行冲淤, 恢复和保持有效库容是有条件的。他们利用浊峪河基流0.1—0.3立方米/秒的水量, 并根据洪水陡涨急落, 重粉质粘土淤积物冲刷强度较低的特点, 先后采用水枪冲淤、人工挖渠集中水流冲淤、爆破松土、推土机推土入槽、控制库水位骤升骤降、滑塌等措施, 使冲刷强度增加, 冲刷效果逐年增大。到1981年库容恢复已达30万立方米。1980和1981两年为冬春灌调蓄水量120万立方米, 初步发挥了效益。据初步分析, 平均冲土1立方米需花0.08元。按年恢复6.5万立方米计, 每立方米库容投资为0.19元, 为建库投资0.65元的1/3。所得库容只要按照合理运用方式管理运用, 可长期保持兴利。
4 结论
综合以上三个典型的中小型水库泥沙处理, 恢复和保持终极库容的分析, 可以看出在干旱、半干旱地区多沙河流上修建的水库, 已淤废或将淤废时, 只要采取适当措施, 是可以变废库为活库的, 加上合理的运用管理方式, 水库寿命是可以延长的。从经济效益分析, 库内淤积的泥沙都是黄土高原流失的表土, 肥分很多, 清淤出库引入农田对作物非常有利, 能促使产量提高。同时, 利用清淤恢复库容, 使死库复活比修建新库, 不论采用哪一种清淤方式都是经济的, 每立方米库容投资恢复只相当新建的1/6—1/16。
摘要：我国北方由于河道含沙量高, 最高达1500公斤/立方米, 库容淤积十分严重。所以, 如何处理北方地区中小型水库的泥沙淤积问题, 就显得尤为重要。本文通过对黑松林水库、小华山水库和小道口水库这三座典型水库的研究, 系统分析了北方地区水库泥沙淤积问题, 并总结了各水库成功的治理经验, 提出了较科学合理的建议, 具有很大的实用价值, 值得参考。
关键词：中小型水库,泥沙淤积,治理
参考文献
[1] 熊华明, 孙昌洙, 张庆玉.小型水库 如何步入良性循环——关于牡丹江市小型水库建设和发展的调查与思考[J].水利天地.2003, (01)
[2] 刘洁, 李楠, 杜玉芳, 郑相波.小型水库的经营与管理[J].治淮.2004, (06)
[3] 李忠辉, 华启云.青岛市小型水库经营管理探讨[J].山东水利.2001, (02)
[4] 郭锡德.关于小型水库问题的探讨[J].湖南水利水电.2005, (01)
[5] 姜树海, 吴时强, 范子武.试论某些小型水库的负面效应及其对策[J].中国水利.2004, (16)
泥沙淤积 篇4
深圳市东江水源工程是由深圳市政府投资兴建的大型跨流域调水工程, 由东部供水水源工程和供水网络干线工程2部分组成。工程分别从惠州市惠阳区水口镇和马安镇取水, 由东至西横跨深圳龙岗等6区, 输水线路全长136 km。工程分2期建设, 其中, 一期工程年供水规模为3.5亿m3, 二期工程在东江水源一期工程的基础上, 改造东江泵站取水口, 新建东江二期抽水泵站、永湖二期加压泵站及新建7.68 km输水管道。工程全部完成后, 总供水规模达到年供水量7.2亿m3。
东江泵站取水口位于惠阳市水口镇上游约6 km的廉福地附近河段的左岸, 为一布置于河道弯道段的无坝取水工程。从平面位置看, 取水口位于2个反向弯道之间, 凹岸水流顶冲段的下段, 取水河段的上下2个弯道过渡段之间长约2.5 km, 上弯道弯曲角度大于90°。河宽变化由上游向下游逐渐缩小, 河宽由1 200 m缩至下弯道的300 m左右, 取水口断面宽度相对较窄, 河面宽500 m。左岸弯顶处是一个海拔超过100 m的孤立山包, 山包处水流向右急转, 主流逼向左岸, 山脚迎水面为水流顶冲点, 附近河床形成深潭。
工程运行9年来, 取水口至抽水泵站的进水隧洞内及泵站前池, 有大量泥沙淤积, 并伴有大量沼蛤附着于建筑物内壁, 每年不得不利用停水检修期进行人工清淤, 影响供水水质及泵站供水效率, 对工程的安全正常运行影响很大。
2 取水口泥沙淤积
2.1 泥沙淤积情况
东江泵站取水口在2002、2003年2次停水检修时, 发现取水隧洞、泵站前池泥沙淤积比较严重。其中, 2002年淤沙只在进水隧洞内, 而2003年已淤至泵站前池, 影响到工程的取水安全。为解决工程淤沙, 曾在取水口前端进行了人工抽沙、修建临时拦沙坎 (坎高约1.0 m) 和在进口前修建叠梁门等临时应急措施。临时工程措施在随后的2004年停水检修期间通过观察具有一定效果。但进入2005年取水口的淤沙问题再度出现, 汛期洪水过后, 进水口被淤堵。由于该年6月份广东全省遭受2次强台风袭击, 流域出现了较大强度的暴雨降水过程, 东江的水位也有所上涨 (2005年6月23日, 取水口上游15 km的岭下站测得洪峰6 890 m3/s, 相应水位20.67 m, 接近20%频率天然洪水7 650 m3/s) 。
2.2 泥沙淤积分布
2007年10月工程停水检修时, 对进水隧洞和泵站前池进行了淤积深度 (中点深度) 观测。结果表明, 取水隧洞内泥沙淤积深度, 自进口向下游逐渐减小, 进水隧洞检修闸门最大深度达1.35 m。越往下游, 淤积深度逐渐减小, 距进口检修闸门400 m处, 淤积深度为0.55 m。至一、二期支洞 (1号支洞、2号支洞) 分叉处, 主洞淤积深度为0.4 m。1号支洞自上游向下游淤积深度由大变小, 进口为0.25 m, 向下游变化为0.17～0.18 m;2号支洞虽然还没有运用, 但也有泥沙淤积, 且淤积深度明显大于1号支洞, 亦是自上游向下游淤积深度逐渐减小, 进口为0.80 m, 下游段0.35 m左右。按具体断面形态估算各段的淤积量, 主支洞总淤积量为1 034.1 m3, 隧洞180 m进口段淤积量接近全部淤积量的50%, 2支洞淤积量约为全部淤积量的10%。
2.3 泥沙淤积物组成分析
从现场取样看, 取水口挡污栅到进水隧洞进口渐变段, 淤积物主要由0.25～1.0 mm的泥沙组成。泥沙中径为0.56 mm。由取水河段悬沙和床沙级配观测结果可知, 悬沙中d>0.25 mm沙不超过0.5%, 含沙极少。床沙主要由0.1～1.0 mm的泥沙组成, 由此可见, 取水口进口附近淤积物主要由河道的床沙组成, 悬沙影响不大。
进水隧洞进口段50 m范围取样平均, 泥沙中径略小于0.5 mm, 两处淤积物中d<0.1 mm细沙均很少, 所占百分数仅为1.77%～3.20%, 可见取水口进口处水流强度较大, 细沙很难落淤下来。d>1.0 mm的粗沙在河道床沙中含量在5%左右, 在淤积物中也很少, 该组粒径沙所占百分数不超过2.2%, 说明d>1.0 mm的粗沙在床沙中含量不大, 进入取水口的量也不大。
进水隧洞中进口段淤积物组成沿程细化趋势很明显, 中径粒径向下游迅速减小, 粗沙含量越向下游越小, 细沙含量越向下游越多。进水隧洞中距进口100 m处和138 m处, 淤积物中值粒径由进口的0.5 mm左右, 迅速减小为0.25 mm和0.16 mm。d>0.25 mm的粗沙含量由90% (进口) 、82% (检修门) , 减为48% (隧洞0+100) 和16% (隧洞0+138) 。由此可见, 对于d>0.25 mm的粗沙在进水隧洞中随水流运动衰减是很快的。同时亦发现, d<0.10 mm的细沙含量有所增加, 由进口3.2%增大为13.6%和20.2%。
泵站前池中淤积物组成与取水口隧洞进口段的截然不同, 中值粒径仅为0.025～0.046 mm, 前池进水段淤积物中径略粗于出水段。还有一个最显著的特点, 那就是d>0.25 mm的粗沙含量仅有1.0%～1.4%。前池进水段和出水段淤积物中d>0.1 mm的含量均在24.5%左右。可见, 前池淤积的泥沙主要d<0.25 mm的泥沙组成。
3 泥沙淤积机理分析
3.1 取水河段河势变化是泥沙严重淤积的主要原因
本工程取水河段河道上下游均为弯道段, 弯道河段水流一般表现为大水顶冲取直, 小水坐弯的水流结构特点。由取水河段实测地形资料分析可知, 上弯道河宽较大, 近年来人工挖沙影响, 左、右河槽不甚稳定, 且有江心洲出露。因此, 取水河段的入流条件不稳定, 横向摆动明显。由现场观测可知, 近10余年来, 取水河段上弯道主槽位置逐渐偏向左岸, 取水口附近主槽靠岸点向上游移动。1996年和1999年, 上弯道主槽位置基本位于河中, 主槽枯水贴流位置接近取水口所处位置。2002年, 上弯道主槽流向变化不大, 主槽枯水贴流位置却明显上提。2003年以后, 上弯道主槽位置已靠向左岸, 主槽在取水口上游分成左右两汊, 一汊由左岸逐渐偏向河中, 再靠向左岸, 另一汊一直紧临左岸。2005年7月出现大洪水过程后, 主槽在整个弯道均紧临于左岸。取水口位置近年来基本保持了枯水贴流状况。但主槽弯曲半径增大, 顶冲点上提, 取水口已处于弯道段的下游, 因此, 取水口前水流结构和泥沙运动均将发生相应的变化和调整。经分析, 取水河段水位流量关系当出现较大洪水时向右偏移, 而没有较大洪水的年份, 则变化不大。与这种规律不同的是, 主槽的横向摆动, 即使没有较大洪水时, 亦摆动明显, 甚至更加剧烈。这种河床演变特性必然影响取水工程泥沙淤积。
3.2 取水口工程不合理的布局形式加剧了泥沙淤积
工程取水口采用岸坡压力墙式, 为水平管式取水, 进口段设置拦污栅、回转式清淤机和检修闸门。取水口工程岸顶高程为22.5 m。原考虑沿岸线平顺布置, 由于后来由新施工方案提出修改方案, 取水口施工利用岸边天然岩壁作施工围堰, 待取水口建成后再打通洞口前的岩壁, 节省围堰工程。为此, 将取水口沿原方案轴线后退9.44 m, 使取水口工程至原岸线之间形成凹入岸线的一个大喇叭口, 喇叭口段长13 m, 断面尺寸从6.9 m×6.9 m渐变为5.4 m×5.4 m, 进口岩坎高程为8.0 m, 为适应东江河床以后可能下切, 用一下凹的圆弧段过渡到3.0 m高程与检修闸门段连接。
闸门段后为引水隧洞, 结构型式为圆形钢筋混凝土有压洞 (内径为5.4 m) 。进水隧洞出口段分岔为2条内径4.0 m的支洞与抽水站连接, 进水隧洞全长约为715 m, 以纵坡1/2 000接泵站进水池。由此可见, 采用的岸边漏斗形式的取水口, 取水口建于岸线以外, 平面上形成喇叭口形。大洪水时, 河道水流运动强度大, 取水口前水流流速缓, 产生横向流速梯度, 能量横向交换强烈, 这正是泥沙容易淤积的区域, 又成为取水口大量进沙的原因。因此, 取水口的位置形态, 造成了底沙容易进入取水口。取水河段近年来的河势变化, 使局部河床冲淤变化加剧。2003年前后的一段时间, 自然的弯道环流条件由于河势的变化位置上提, 取水口前河床高程抬升, 取水口底坎与河床高差减小, 必然造成更大量的进沙情况发生。
4 泥沙淤积治理措施建议
4.1 修建河道治理工程, 确保取水河段河势稳定
受上游修建水库影响, 工程取水河段洪峰流量近年来锐减, 取水河段航道整治、人为采沙等影响, 河道主槽出现明显的横向摆动变化, 改变了水流流路, 边滩冲蚀侵退, 凹岸顶冲点位置上提, 取水口前横向环流减弱, 引水条件向不利方向转化。
东江水源工程取水河段中小水主流流向横向变动, 取水口前枯水主流位置外移, 深泓线偏离取水口, 下游河道的河床下降引起对本河段水位下降, 增加了引水困难。
针对取水河段河势的变化及取水口前河床淤积主槽不稳定问题, 应采取河道治理工程。目的在于改善取水河段水流流路, 增加取水口前的横向环流强度, 降低取水口前河床高程, 减小推移质沙进入取水口。
4.2 取水口改造
结合二期工程扩建, 取水口于2007年进行了改造。在取水口前侧设一活动拦沙闸门 (钢叠梁门) , 闸门设2孔, 闸门净宽2 m×10 m, 中墩宽2.2 m, 闸底高程9.20 m。闸门采取高水高取、低水低取的运行方式。建闸是减小泥沙进入取水口较有效的工程措施。闸门位置与河岸线基本齐平, 闸前水流流态相对平顺。
但需要指出, 由于双闸孔的开敞形式, 使得闸门双孔进流在大、中流量时, 闸门附近流态复杂, 漂浮物有堆积甚至堵塞闸孔的可能。此外, 修建叠梁门闸门和取水导沙坎对局部河床进行护底硬化, 因此阻碍了大洪水时弯顶位置河床冲深下切的自然演变发展, 同时起到把水流流向挑向对岸的作用, 加剧取水河段河势横向摆动的影响问题值得关注。
4.3 泵站前池改造
泵站前池平面形状为梯形, 池长40 m, 池宽14 m和27 m;设一根进水管, 管径为3 800 mm, 管顶高程为6.3 m;池末均匀布置4台抽水泵, 总抽水能力15 m3/s, 抽水管径1 600 mm。
通过对外江流量和工程取水流量选取典型工况进行模型试验, 得到泵站前池的流态对比分析, 并得到池水流基本集中于出水轴线, 能量集中, 泥沙容易输至水泵, 且前池内回流造成泥沙淤积的基本结论。因此, 泵站前池前端出口设置弧形堰, 弧形堰顶端距出水管6.0 m, 堰高4.5 m。设置弧形堰后, 池内流态均匀、流速减小。
解决引水工程泥沙问题的关键是减小进沙量, 提出符合工程实际的处理措施, 并方便可行、实用经济。由实际运行效果看, 进入泵站前池的泥沙小于0.25 mm, 大于该粒径的泥沙主要集中在进水隧洞的进口段, 因此, 可以认为, 应尽量让进入泵站前池的泥沙随水流带走, 即应采取措施提高前池水流流速, 改善水流流态, 减少泵站前池泥沙的淤积。
5 结 论
东江水源取水工程取水口位置位于弯道的凹岸下游, 在自然条件下, 靠左岸的顶冲深槽相对较稳定, 工程建成运行以来, 大量泥沙进入取水口, 造成淤积。近期河势的变化使取水口远离弯道顶部, 无法利用弯道横向环流, 进一步加剧了取水口及进水前池的泥沙淤积。
造成泥沙淤积的主要原因为:取水口建于岸线以外, 取水口前形成喇叭口形的入流形态, 底沙容易进入取水口。河势的变化和局部河床冲淤变化没有充分考虑, 因此, 进沙情况估计不足, 取水工程没有采取有效的防沙措施。
通过分析, 应当进行局部河势整治, 改善引水口前的河势流态。二期采用修建叠梁门闸门, 平顺了取水岸线, 便于叠梁门安放, 具有较好的防止推移质沙进入取水口的效果。但闸门双孔进流, 大、中流量时, 闸门附近流态复杂, 闸内外水流交换, 部分底沙仍有可能进入, 漂浮物有进入甚至堵塞闸孔的可能, 因此闸门形式及运用方式有待进一步优化和改进。
取水河段河势稳定是减小进沙、保证安全取水的关键问题, 应加强取水口上下游河段地形的监测, 同时开展河床演变分析和取水建筑物前水流泥沙运动规律研究, 为改善河势流态、提高引水防沙效果和安全取水提供对策。
参考文献
[1]广东省水利水电科学研究所.深圳市东部供水水源工程东江廉福地抽水站取水口及进水池水工物理模型试验研究报告[R], 1998.
[2]王延贵, 李希霞.典型引黄灌区水沙分布及其特点[J].泥沙研究, 1997, (2) .
[3]余新明, 罗景.引水渠道口门泥沙淤积计算[J].中国农村水利水电, 2007, (12) .