头屯河水利工程排沙清淤方法探讨

2012-08-15 00:49马世红
黑龙江水利科技 2012年9期
关键词:屯河沙量排沙

马世红

(新疆水利厅头屯河流域管理处,新疆昌吉831100)

头屯河水利工程排沙清淤方法探讨

马世红

(新疆水利厅头屯河流域管理处,新疆昌吉831100)

对头屯河水库各项工程情况、供水要求以及运行方式和淤积规律进行了规律性分析,初步提出了符合头屯河水库现阶段通过高渠水利冲沙、异重流排沙、水利机械清淤等多种排沙方式,制定出周期性汛期排沙,汛末蓄水兴利的运行方式,力争最大限度地发挥头屯河水库水利工程兴利除害的综合功能,对山区水库的排沙减淤和科学合理调度运用有很好的启示作用。

水利工程;排沙清淤;运行方式;方法研究;头屯河水库

0 引言

新疆头屯河水库位于天山北坡,距乌鲁木齐市及昌吉市各约30 km处,该水库是一座以农业灌溉,结合城镇生活供水、工业用水、防洪等为一体的综合利用的拦河式水库。水库投入运行十几年,开展了下游两岸灌区事业,并给城镇及工业用水提供了可靠的水源。头屯河灌区不仅是自治区重要的粮棉基地、乌市和昌吉市重要的菜篮子基地,而且还是自治区重要的钢铁、水泥、轻纺工业基地。头屯河水库枢纽由心墙土石坝、溢洪道、泄水涵洞、泄水隧洞以及下游分水枢纽五大部分组成。该水库于1965年开始修建,1981年基本建成,1983年竣工,1978年开始部分蓄水,设计库容2 300万m3,由于历史原因,头屯河水库是个典型的“三边”工程,工期长达十几年之久,水库建成后,即成为一座病险库,长期带病运行,险情逐年恶化。截止2001年底,泥砂淤积量仍然很大,有效库容仅有1 067万m3,水库防洪渡汛能力大为下降,达不到设计要求,水库目前正濒临报废的危险,其安全问题日趋突出,防洪标准大大降低,目前仅能防御30 a一遇洪水,已严重威胁大坝安全。

1 头屯河水库存在的问题

1.1 泥沙危害

头屯河是一条山溪性多泥沙河流,由进、出库试验站实测资料可见,头屯河入库泥沙量变化较大,平均为87.8万t,而且高度集中在汛期,5~8月的进库沙量占入库沙量的92.7% ~99.4%,其中尤以7月份入库沙量最大,占全年入库总沙量的55.19%,日均最大含沙量为68.1 kg/m3(1995年7月14日)。头屯河水库自开始蓄水,多年来,水土流失严重,河水泥沙含量大,造成水库泥沙大量淤积,水库功能下降,严重影响着下游灌区经济的发展。为保证八钢工业供水水质要求(含沙量<5 kg/m3)等多方面原因造成了头屯河水库的淤积严重,加之头屯河区近10万居民的生活用水需求,水库一直未能按照“蓄清排浑”的方式运行,至2001年底,泥砂淤积量仍然很大,有效库容仅有1 067万m3,水库防洪渡汛能力较低,达不到设计要求。不仅兴利调蓄能力日益降低,而且危及水库本身防洪安全,直接影响到水库的使用寿命,显而易见,头屯河水库的排沙清淤工作已迫在眉捷,解决这个问题有着显著的社会效益、经济效益。

1.2 工农业供水与排沙的矛盾

头屯河水库淤积严重,排沙减淤迫在眉睫,头屯河水库为保障八钢工业用水水质是排沙的前提。供水浊度——含沙量>5.0 kg/m3,就超过了工业净化水的处理能力,造成工业停产。工业供水常规供水方式是由水库隧洞支洞供给,隧洞进口底高程961.0 m,比泄水涵洞底高程949.1 m仅高11.9 m,在不同水位和流量下控制浑水不进入隧洞还有待于进一步实践研究,必须密切观察水质,有必要随时切换其他非常规供水方式。由于头屯河水库淤积采用新的运用方式排沙,造成出库泥沙含量大和引水工程受泥沙磨损而产生新的工程隐患,同时造成灌区渠系和农田的新的淤积,使水利工程效益降低,农田沙化和土壤退化,将会影响到下游农业灌区的经济发展。为解决水库的淤积问题,必须改变原有的运用方式,改为蓄清排浑运用。既调节水量,又调节沙量,淤积速度也会减缓或保持一个大的长期使用库容。但为了保证工业用水水质,现有工程体系保障度低:①大库供给系统受汛期防洪和水力冲沙要求的约束,在汛期无法正常发挥其常规供水方式的作用;②库外供给系统受水工程标准低因素的制约,汛期发挥应急供水方式作用的能力差。

2 水库排沙清淤的方法

2.1 高渠水力冲沙

利用水库泄空后的高滩深槽,形成大比降冲刷。水库放空后,在库前附近,修建临时挡水低坝,将河道基流引入沿库周围的高渠内,居高临下泄水冲滩,恢复库容。

2.2 异重流排沙

头屯河水库异重流排沙,当上游监测到有高含沙浑水入库时,即入库水流浊度达到1 500 ntu,流量达到12 m3/s时,在6~8月入库流量较大,更适合异重流排沙的条件,此时排沙能够取得良好的效果。可先打开底洞按洪峰来水量开始小流量排沙,避免异重流抵达坝前的过程中形成浑水扩散,当入库水流以异重流形式出库后,再根据入库洪峰流量调节出库流量,确保库水位没有大的变化,控制在滩槽内。入库流量增大,则调整涵洞闸门加大出库流量,入库流量减少,则调闸减少出库流量,合理控制库水位。

2.3 机械辅助清淤

在水库库区回水末端淤积物以粗颗粒推移质为主,水力冲沙没有效果,也无地形条件,采用机械开挖,车辆拉运方式清淤,首先为水力冲沙等其它清淤方式创造有利的清淤地形条件,同时推移质颗粒物质可作为建筑材料,即增加了经济收入,又减轻了水库危害。2003—2005年间头屯河水库利用机械清淤68×104m3。减少了推移质泥沙对涵洞底板的危害,延长了工程使用寿命

3 排沙调度研究的意义

1)对头屯河水库排沙调度进行研究,自1999年开始调水排沙清淤以来,水库库容已从1998年580万m3恢复到2008年的1 830万m3,恢复有效库容1 250万m3,水库延长了使用寿命,增强了防洪抗旱能力,提高了工、农业供水的保障。通过各种排沙清淤方法,是解决水库淤积问题的最根本措施,为未来水库在正常运用状态下的常年排沙打下了很好的基础,优化水库运行模式,也为水库除险加固工程创造有利的施工条件,为相似水库的排沙清淤提供了范例。因此,头屯河水库调水调沙调度的研究并在实践中加以运用,具有重要的意义。

2)解决水库淤积问题最根本的措施是进行排沙调度,通过各种方法排沙清淤。头屯河水库具备良好的排沙条件,但是排沙与给八钢供水有矛盾,因此,要进行有计划的排沙工作,首先必须解决八钢的供水问题。在河道来水含沙量不太大时,通过暗渠给清水池注水,经过清水池沉淀,使水质变清。当暗渠来水含沙量>5 kg/m3时,启用清水池,用水泵从清水池中抽取清水掺入暗渠,使之满足供水要求。当河道来水含沙量很高,无法利用时,清水池也可单独供水4 d左右,若循环使用可供应8~10 d。这样就基本上解决了水库排沙期间的八钢供水问题,为水库排沙清淤创造了条件。

4 水库排沙的时机选择

头屯河水库淤积严重,在运行中选择合适时期排沙,既要保证下游农作物淤积危害降到最小限度,同时又有足够的水量来排沙,7月份作为主汛期,来水量占全年的60%,来沙量占全年来沙量的55%,而此时农作物已进入成熟期,小麦等作物已收割。即使用部分含沙量大的水进入灌区也不会对农作物产生太大的危害。根据近几年农作物用水情况,一般在10月下旬、10月上旬秋灌结束,此时冬蓄水应根据水文资料及水情分析、水库库容选择合适蓄水水位,既保证冬季不因水库蓄满造成溢洪道溢洪或开闸泄水,也不能冬蓄水弃水过多,造成第二年水库蓄不到合理水位,造成春洪用水紧张。

5 结语

头屯河水库的排沙清淤技术都是根据生产的需要,在不断地探索研究和生产实践中发展起来,为头屯河水库今后运行积累了宝贵的经验,延长了水库寿命也扩大了水库的兴利效益。

[1]中国水利学会泥沙专业委员会.泥沙手册[K].北京:中国环境科学出版社,2001.

[2]庄佳,赖冠文,程禹平,等.水库清淤绕库排沙初探[J].广东水利水电,2007(06):1-4,12.

[3]王朋远.试论头屯河水库排沙减淤技术的研究与应用[J].新疆水利,2010(02):50-54.

TV146.1

B

1007-7596(2012)09-0089-02

2012-08-06

马世红(1973-),女,新疆昌吉人,从事水利工程运行管理工作。

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