水利工程論文-丹江口水庫排沙清淤方法探討.doc

水利工程論文-丹江口水庫排沙清淤方法探討摘要：丹江口水庫作為南水北調中線工程的源水庫，延長其使用壽命、保證其長久良好地運行，不但有重要的經濟意義，而且有更重要的社會意義。排沙清淤是保證丹江口水庫能長期運用良好的重要措施。根據(jù)丹江口水庫的自身特性，在變動回水區(qū)及其附近進行“防治型”排沙清淤是治理庫區(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。關鍵詞：丹江口排沙清淤1前言聞名中外的都江堰已有兩千多年的歷史，它之所以能長期運用良好，其中有一個主要原因是：在岷江的出山口處的江心壘砌的魚嘴因勢利導分水、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m3?？梢姸冀邩屑~非常重視泥沙處理，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，排沙清淤是保證水利樞紐工程能長期運用良好的主要措施。丹江口水庫是一座大型蓄水型水庫，絕大部分來沙被攔蓄在庫內，大量的淤積泥沙對水庫的正常運行構成了潛在的威脅，消除這種潛在威脅的主要方法是排沙清淤。丹江口水庫，在減少入庫泥沙方面已做了大量的工作，如：水土保持、小流域治理、子水庫修建和支溝攔沙等，但在清除進入水庫和已淤積在水庫中的泥沙方面，還沒有引起足夠的重視，基本處于任其發(fā)展狀況。本文根據(jù)丹江口水庫的自身特性，論述了丹江口水庫排沙清淤的必要性；提出了在丹江口水庫變動回水區(qū)及其附近修建排沙清淤工程和采用機械挖沙清淤以及多種方法有機結合清淤的設想，并對其布置方法進行了探討。2丹江口水庫排沙清淤的必要性2.1丹江口水庫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0.8km的丹江口水庫，是丹、漢兩江并聯(lián)水庫?？刂茲h江流域面積9.5萬km2，占漢江流域面積的60；壩址多年平均徑流量為398億m3（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。丹江口水庫死水位139m，相應庫容為72.3億m3；正常蓄水位157m，相應庫容174.5億m3（漢江占54，丹江占46），相應回水長：漢江庫區(qū)177.6km，丹江庫區(qū)85km。根據(jù)多年的實測資料可知，丹江大壩蓄水后98的來沙被攔蓄在庫區(qū)內。按每年1億t來沙量計算，從1968年蓄水至今，淤積在庫區(qū)內的泥沙約20億m3，占死庫容27.7，占總庫容11.5。丹江口水庫的淤積泥沙，在20世紀90年代以前主要分布在變動回水區(qū)和變動回水區(qū)與常年回水區(qū)的交界處。1983年特大洪水之后，近20年中，大多年份水庫來水為平、枯水年，每年有較長時間處于低水位以下運行。長時間低水運行，導致變動回水區(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，有的河段已達到平衡狀態(tài)，有的已達到準平衡狀態(tài)。變動回水區(qū)的這種演變發(fā)展，使得入庫和原變動回水區(qū)的大量泥沙快速移至常年回水區(qū)，結果加快了有效庫容的淤積速率。如果這種情況繼續(xù)下去，將會影響水庫的正常運行。2.2丹江口水庫排沙清淤的必要性丹江口水庫雖在規(guī)劃設計中預留72.3億m3的死庫容作為堆沙庫容，這自然不失為解決泥沙淤積問題的一種途徑，甚至是現(xiàn)時可行之途徑。但來沙無盡，庫容幾何？由上述水沙特性和淤積狀況資料可知，丹江口水庫庫容損失的速度是驚人的，如果任其發(fā)展，在不遠的將來丹江口水庫會成為一座堆滿淤泥的死庫，到那時，將給漢江流域乃至中國帶來不可估量的損失。因此，對丹江口水庫進行排沙清淤治理是非常必要的，也是養(yǎng)護丹江口水庫庫容的必然選擇之法。對于蓄水型的丹江口水庫，在庫容養(yǎng)護方面，最理想的做法是在水庫開始蓄水運行時就應該開展投資少、施工難度小、見效快的“防治型”排沙清淤治理（“防治型”排沙清淤是指：庫區(qū)淤積泥沙對水庫的運行不足以構成威脅時所進行的排沙清淤治理）。也就是說：要未雨綢繆，積極防護，不能把調節(jié)庫容淤滿時出現(xiàn)的問題（也是難以解決的問題）留給子孫后代來解決。丹江口水庫運行30多年，死庫容淤積近1/3，現(xiàn)開展清淤治理已屬晚矣。但淤積泥沙還未影響到水庫的正常運行，尚能盡快實施，還能較容易地遏止泥沙淤積向常年回水區(qū)擴散的趨勢；否則隱患叢生、治理就更加困難。因此，對丹江口水庫進行排沙清淤治理，不但勢在必行，而且還應盡早實施。2.3排沙清淤的社會效益和經濟效益丹江口水庫作為南水北調中線工程的源頭水庫，在南水北調中線工程竣工運用后，防洪、調水將成為水庫的主要功能。防洪、調水產生的社會效益和經濟效益是巨大的。而滿足正常防洪、調水是以一定庫容作基礎。保證一定庫容的重要措施是排沙清淤。因此，清除丹江口水庫庫區(qū)淤積泥沙，保證水庫具有一定庫容、延長其使用壽命，不但有重要的經濟意義，而且有更重要的社會意義。然而，對處于正常運行水庫進行排沙清淤，往往得不到人們的重視。有一個重要原因是人們認為：清除庫區(qū)中淤積泥沙的費用高于修建同體積水庫的費用。對此，筆者有不同的看法。筆者認為：大型水工建筑物對地址的選擇上往往具有惟一性。也就是說，在某個流域內某一位置所修建的水利樞紐，其效能具有唯一性。例如：當?shù)そ谒畮煊偎缽U棄后，在漢江流域很難再建一座與丹江口水庫效能等同的水庫。另外，淤死廢棄后的水庫不但不能創(chuàng)造效益，而且還會危害環(huán)境，還需投入治理和管理費用。因此，清除庫區(qū)中淤積泥沙所產生的效益是長遠的，是不能與修建同體積水庫的費用等比的。況且還可采取早期治理、分散投資和對清除物綜合利用來降低成本投入。3水力排沙清淤3.1丹江口水庫水力排沙清淤概況水力排沙清淤是根據(jù)水流的運動規(guī)律，利用水流所具有挾沙能力的特點，按照人們的意愿，通過水工建筑物把庫區(qū)的泥沙排到指定的區(qū)域內。在利用水力排沙方面，丹江口水庫采用深孔泄洪排沙。深孔泄洪排沙，只能排走壩前淤積泥沙和少量懸移質泥沙。此排沙法是以減少蓄水量為代價。從30多年的實際運用情況看，收效甚微，而且向下游排泄泥沙會危害下游王甫洲水利樞紐和下游河道環(huán)境（現(xiàn)在多數(shù)河流實行梯級開發(fā)，由上游水利樞紐向下游排沙的做法已不可取）。另外，南水北調中線工程竣工后，大壩加高和大量調水使泄水機會將大大減少。因此，利用大壩泄水排沙在丹江口水庫將難以發(fā)揮作用。根據(jù)入庫泥沙大部分先落淤在變動回水區(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變動回水區(qū)的淺水區(qū)搬運到深水區(qū)，直至水庫被泥沙淤滿為止這一規(guī)律。筆者提出在丹江口水庫變動回水區(qū)及其附近，修建水力排沙樞紐工程，使河流泥沙在未入庫前就被排走。3.2修建旁引蓄沙水庫在庫區(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。在洪水期將泥沙引入庫中沉蓄，澄清后的庫水或再引入主庫或作他用。利用旁引蓄沙水庫可排走推移質、懸移質等入庫泥沙。旁引蓄沙水庫庫址選擇。旁引蓄沙水庫庫址應選擇容積較大、地質結構比較穩(wěn)定的溝谷、山川。丹江口水庫上游河道為山區(qū)河道，兩岸山谷縱橫，有適合修建旁引蓄沙水庫的溝谷、山川（如：處于西峰咀河段的五峰區(qū)的川谷地帶）。如果澄清后的庫水不再引入主庫而作他用時，最好把庫址選擇在外流域。旁引蓄沙水庫引水口所處河段位置選擇。旁引蓄沙水庫引水口所處河段位置應按排沙種類進行選擇。以排走推移質為主的引水口，可布置在變動回水區(qū)上部（如：天河口至白河段）；以排走中細沙和懸移質為主的引水口，可布置在變動回水區(qū)的下部（如：花梨彎至天河段）。旁引蓄沙水庫引水口布置?？筛鶕?jù)泥沙運動規(guī)律，巧妙地借助地形優(yōu)勢來布置旁引蓄沙水庫引水口。如：天然彎道是布置推移質排沙清淤工程理想之地。利用彎道產生橫向環(huán)流原理，水流在彎道內流動時產生離心力，表層水流向凹岸，處于底層挾帶推移質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引水口，即形成正面排沙側面引水的布置形式。3.3引洪淤灌用洪用沙丹江口水庫