浅谈新疆博乐市“五一”水库清淤设计

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　　摘 要：本文对新疆博乐市“五一”水库淤积原因进行了分析。并提出水库清淤的方案及详细设计内容。从工程实践中得出设计经验，为今后水库清淤设计奠定基础。
　　关键词：水库清淤 清淤设计 机械清淤 水力清淤
　　我国土地广袤、人口众多，然而水资源十分有限，尤其在新疆水资源极其匮乏且时空分布不均。为满足疆内各行业生产生活需要，我们修建了许多座水库。本文以“五一”水库为例分析水库淤积原因。并结合水库的地理位置，河流泥沙特点及多年运行方式，充分考虑当地水文、气候等条件，制定出水库清淤设计方案。
　　1.水库基本概况
　　五一水库位于博尔塔拉河中下游，是一座平原拦河水库。水库是以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖和旅游的综合性水利枢纽工程。
　　1.1水库进库泥沙
　　博尔塔拉河流域山区河流众多，河流径流量小。山区植被覆盖较好，地表土壤侵蚀较轻，且河流径流量中冰雪融水及地下水补给比重较大，河流含沙量较小主要河流年平均含沙量在0.21～1.81kg/m3之间。由博尔塔拉河的径流特性，洪水多发生在春夏季，冬季径流量大，致使该河流悬移质泥沙年内分配极不均匀。输沙量高度集中在5～8月，其间输沙量占年输沙量的95%以上，从而使大量的泥沙淤积于水库之中，造成水库蓄水量减少。
　　1.2水库淤积现状分析
　　五一水库2002年除险加固后的设计库容为1960万m3，兴利库容1614.5万m3，根据2015年实测资料显示，水库在正常蓄水位528.5m时，库容仅剩 818万m3。在河道入水口处约800mn范围内，淤积厚度1～3m，淤积物主要以粉土质沙为主，掺杂大小粒径颗粒砾石；在坝前100m～1200m范围内平均淤积厚度大于10m，淤积物主要以低液限黏土与低液限粉土为主。
　　2.水库库容恢复方案
　　本次设计时考虑三个方案，既方案一：水库加高方案；方案二：新建水库；方案三：水库清淤；通过从方案的优缺点及工程投资等方面进行了详细的比较。最终选择水库清淤作为本次设计的推荐方案。方案比较见表1。
　　3.水库的清淤方式
　　水库清淤一般分为机械清淤和水力清淤。机械清淤是指在作业区水排干后，采用挖掘机直接开挖，挖出的淤泥采用自卸车拉运至堆渣区堆放。
　　水力清淤主要是应用在一定水深条件下，利用专业机械进行清淤，目前主要采用抓斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、链斗式挖泥船等。
　　根据“五一”水库特点。综合考虑，本次设计采用机械清淤与水力清淤相结合的方式清淤。
　　3.1机械清淤设计
　　水库在每年7月、8月水库水位较低的时期，水库水位高程在518m以下，在水库西岸及南岸淤积物开挖底高程在523m以上范围内，淤积厚度较小的地段，采用挖掘机清淤，清淤深度不大于3m，经计算机械清淤范围62.4万m2，清淤量187万m3。
　　3.2水力清淤设计
　　3.2.1疏浚区设计
　　五一水库南北宽约1.1km、东西宽约2.5km，水域面积较大，采用分层，分条开挖施工。
　　（1）分条宽度。根据《疏浚与吹填工程设计规范》（JTG181-5-2012）7.2.3条规定，考虑疏浚作业的水平和垂向偏差，在宽度和深度应考虑超宽和超深，本次选用挖泥船总装机功率2810kw及1432kw，超宽值一侧取3m，超深取0.3m，因此分条宽度取45m与22.5m。拟采用多条挖泥船同时施工，为避免干扰，分条方向为南北向垂直落淤区布置。
　　（2）分层厚度。本次挖泥船所配铰刀直径1.7m与1.27m，根据本次淤积物的特性，1450m3/h型号挖泥船分层厚度取2.3m，前移距离取1.3m。350m3/h型号挖泥船分层厚度取1.7m，前移距离取1.0m。
　　3.2.2排泥管线设计
　　（1）管材选择与连接方式。排泥管作为主要输泥设备之一，本次疏浚工程排泥管选用钢管作为排泥管。
　　（2）扬程验算。根据扬程计算可知挖泥船所配泥泵泥浆扬程均小于设计最长排距泥泵总水头，因此需新增接力泵，采用串联式连接方式。
　　（4）排泥管线布置。水上管线采用自浮式钢管和胶管相隔连接结构。中间每隔20～30m设置浮筒一个，每隔150米用锚水上固定。陆地管线采用直径600mm的钢管。
　　3.2.3落淤区设计
　　考虑现场地形，本次设计落淤区选在水库南岸台地至现状道路之间的范围，占地面积161.38公顷。
　　（1）围堰设计。落淤区根据现场地形，布置在4条冲沟之间的空地上，围堰高度8～10m，围堰顶宽为8m，表层铺设25cm砂砾石路面。圍堰上下游边坡均为1：2.0，围堰上游铺设一布一膜，规格150g/0.3mm，填筑料利用现状台地落淤区范围内的土料填筑。落淤区及围堰特性见表2。
　　落淤区最大储泥量为341.36万m3，水库两期清淤量总计为821万m3，为保证清淤工作正常运行，在清淤过程中，有480万m3淤泥需拉运清除。
　　3.2.4排水系统设计
　　在每个落淤区，排泥管均布置在落淤区高程较高一侧，通过排水建筑物排入现状冲沟内，最终由冲沟排入五一水库。本工程设计8座排水竖井。
　　（1）排水竖井设计。排水竖井由排水竖井、排水涵管及消力池三部分组成。排水竖井是将储泥区沉淀后的清水汇集，排水涵管将排水竖井中汇集的水输送至消力池，消力池是将排水涵管中的水平顺汇集后排入水库。
　　（2）排水暗管设计。暗管排水分纵向排水与横向排水，纵向排水暗管南北向沿现状地形纵坡布置，在围堰后设置横向排水，将纵向排水暗管得水汇集后排入排水冲沟。
　　横向暗管采用直径为30cm的波纹塑料管，将纵向暗管渗水汇入横向暗管后排入排水渠。
　　4.小结
　　淤积问题随着水库工程服役时间的增加将越来越突显。为使水库工程延长寿命、发挥效益，如何解决淤积问题将会成为广大水利工作者共同面临的难题。实施水库清淤工程能有效恢复库容，技术上可行，相对成本也较低。清淤恢复库容的成本低于新建水库，其优势在于不增加占地，不产生移民。实施水库清淤工程可带来显著的社会效益、环境效益和经济效益。本文介绍了 “五一”水库清淤设计方案，为今后疆内水库清淤奠定了设计基础，不论采用何种清淤方式，设计人员都应以实际情况为出发点，实事求是，综合评价分析，不断探索与创新，为水利事业做出应有的贡献。
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