引黄供水中线沉沙池清淤工程设计

苏焱

（商丘市水利建筑勘测设计院，河南 商丘 476000）

1 综合说明

引黄供水中线清淤工程沉沙池位于兰考县境内。引黄供水中线是三义寨引黄工程中的最重要组成部分，引黄中线（商丘干渠）从毛古寨三分枢纽开始，至帽李桥结束，渠道长度35.86 km，其中沉沙池段7 km，退水渠段1.96 km，而后进入任庄等梯级水库，设计引水流量56 m3/s，年引水量4.20 亿m3，控制灌溉面积6.79 万hm2。工程于1992 年建成，1994 年投入使用，沉沙池上游干渠底宽16.10 m，水深2.50 m，边坡1∶1.50，沉沙池设计底宽100 m，水深3.00～3.25 m，边坡1∶3.00，现状口宽70～150 m。

中线沉沙池是商丘干渠乃至整个商丘三义寨引黄灌区的关键工程，渠道现状普遍淤积较厚，其中小刘岗桥到三营桥段2018 年未进行渠底清淤，底部淤泥淤积较深，淤积严重，导致引水不畅，效率较低，淤积已经严重影响了灌区的正常运行并危及了城市用水的正常供给，影响灌区正常效益的发挥，供需矛盾突出，亟待解决，所以对其进行清淤具有极为重要的社会作用和经济作用，项目势在必行。

由于引黄水携带大量的泥沙，沉沙池建成以后，几乎每年都进行沉沙清淤，小浪底进行调水调沙以后，由于挟沙量减少，所以清淤次数改为2-3年清淤一次。

此次工程范围为从小刘岗桥以上383 m至三营桥，桩号2+650～5+650，建设规模为清淤长度3.00 km，清淤标准为沉沙池设计断面，设计水位65.29～65.20 m，渠底62.19～61.99 m，设计流量56 m3/s。

2 工程设计

2.1 渠道工程设计

引黄中线工程自1994 年通水以来，小浪底调水调沙之前每年都进行清淤，调沙之后每2-3 年清淤一次，距今最近的一次清淤为2018年，现状淤积严重，引水能力已经达不到设计引水流量，急需进行清淤。此次治理工程仍以原设计断面为准进行设计，清淤范围从小刘岗桥以上383 m 至三营桥下，桩号2+650～5+650段（0+000对应商丘干渠桩号25+326），清淤总长度3 km，沉沙池主槽采用土质梯形断面，引水流量56 m3/s，根据底宽变化从沉沙池入口到退水渠结束沉沙池共分7个设计段，水位65.37～65.10 m，设计水深3.00～3.25 m，糟率2.50×10-2，河底高程62.37～62.35 m，水面比降1/33 000，河底比降1/15 000，沉沙池渠道设计成果见表1。

表1 沉沙池段渠道设计成果表

2.2 淤区布置及设计

此次工程的主要任务为疏浚土方，完工后使沉沙池能够恢复引水功能，而弃土安置是该项目的重要组成部分。通过实地查勘，经协商初步确定了淤区位置和面积，项目共设5个淤区，其中左岸淤区3个，右岸淤区2个，1号淤区位于小刘岗桥上游紧邻渠道，桩号2+647～2+893，基本呈长方形，东西向最长210 m，南北向最宽80 m，长方向与渠道走向一致，地形四周高中心低，中心平均高程67.00 m，面积1.34 hm2。2 号淤区位于小刘岗桥下游紧邻渠道右岸，桩号3+016～3+792，大致呈长方形，东西向最长779 m，南北向最宽210 m，长方向与渠道走向一致，地形四周高中心低，局部西侧低，东侧高，东侧中心平均高程75.00 m，西侧平均高程67.30 m，面积12.74 hm2。3号淤区位于渠道右岸，小刘岗桥下游约780 m，桩号3+148～3+888，兰考干渠东北侧，形状呈三角形，三条边边界均为现状道路，地势周围高中心低，中心平均高程68.00 m，面积11.63 hm2。4号淤区位于三营桥上游紧邻渠道左岸，桩号4+729～5+444，外形不规则，两端窄长，中间方正，东西向最长712 m，南北向最宽215 m，最窄28 m，中间有高岗地，低洼地平均高程66.00 m，面积0.53 hm2，5号淤区位于三营桥右岸，桩号5+435～5+681，大致呈长方形，顺渠道窄，垂直渠道宽，长238 m，宽128 m，地势平坦，平均高程66.50 m。

根据实际测量的现有淤区范围在淤区四周填筑围堤形成封闭空间淤土，利用淤区外边界沟排水。2020 年引黄供水中线沉沙池清淤工程位置图见图1。

图1 2020年引黄供水中线沉沙池清淤工程位置图

2.3 水下土方清淤方案比选

沉沙条渠渠道按原设计断面进行清淤，由于地下水位埋深较浅，大部分土方位于水下，水下土方不适于采用挖掘机开挖，根据水下土方清淤常用的施工方法，此次清淤拟采用三种方案进行经济技术比较，从中选择比较合理的方案。方案一：采用水力冲挖机组进行清淤；方案二：采用挖掘机和水力冲挖机组相结合进行清淤；方案三：采用挖泥船进行清淤。主要通过以下几个方面进行方案比选：①投资经济合理性比较；②施工技术经验成熟性比较；③施工条件适用性比较；④施工难易程度比较；⑤是否充分利用现有设施比较。具体的方案比较见表2。

2.3.1 投资经济合理性

方案一水力冲挖施工方法，单位土方综合造价25.92元/m3；方案二水力冲挖和挖掘机相结合的方式，单位土方综合造价30.45 元/m3；方案三挖泥船施工方式，单位土方综合造价27.72元/m3，由此可见方案一的方法最经济。

2.3.2 施工技术

方案一和方案二水力冲挖和挖掘机开挖都是目前当地较为成熟的施工技术，有现成的机械和熟练的施工技术人员，施工经验丰富，但是方案三挖泥船在当地几乎没有使用过，需要新进施工设备和引入熟练的施工技术人员，经验缺乏。因此，从经验和技术成熟性比较，方案一和方案二方法具有明显的优势。

2.3.3 施工条件适用性

现状沉沙池内土壤成份主要以细砂和砂壤土为主，并且含水量较高，挖泥船主要适用于大颗粒的土质，对于小颗粒的细砂工作效率较低，而且挖泥船主要适用于航道、湖泊、海面等大作业面施工，挖掘机对于干燥少水土质较适宜，而水力冲挖机组对砂壤土、淤泥等土质都较适用。由此可知，方案一水力冲挖机组对施工条件的适用性较强，效率较高。

2.3.4 施工难易程度

挖掘机和水力冲挖机组施工工艺较为简单，挖泥船施工工艺相对复杂，专业性极强，需要非常专业的施工队伍。

表2 方案比选表

2.3.5 利用现有设施

以往沉沙池清淤均采用水力冲挖机组，沿岸保存有水、电等基础设施，方案一和二可以充分利用现有基础设施节约投资，方案三则较少利用这些基础设施。

2.3.6 比选结果

综上所述，根据工程的地质情况，以及以往沉沙池清淤经验并征求业主的意见及近些年来当地其他类似工程如水库清淤等均采用水力冲挖机组施工，施工技术比较成熟经验丰富且最经济。因此，此次工程选取方案一即水力冲挖机组清淤。

水利冲挖机组施工产生的弃土含水量比较大，且根据现场调查土质主要为砂壤土和细沙，很松散，不适合随地堆砌和随即装载运输异地。根据多年的施工经验总结，在渠道附近设置淤区，沉淀弃土，而后摊平耕作或者运走，与项目的适宜性较高，且可以有效改善附近农田的土壤性质，增强肥力，受到当地老百姓的欢迎。

3 结论

引黄中线沉沙池位于商丘市三义寨引黄灌区内的商丘干渠上，三义寨引黄灌区是河南省重点大型引黄灌区之一。

商丘干渠是三义寨引黄工程总体规划中的最重要组成部分，是商丘部分正常灌区的主要引水通道，中线的正常引水既为灌区的农业灌溉提供了保证，同时也是商丘市城市生活用水持续稳定供给的重要基础，对经济发展和社会稳定都起到了不可替代的作用。

综上所述，沉沙池清淤后，商丘干渠部分恢复原设计引水能力，为灌区正常输水提供保障，工程的实施将发挥显著的经济效益和社会效益。