库区清淤方式探讨和应用

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摘要：水库的泥沙淤积会造成不良的影响，需要对其进行清淤，来保证水库的安全运行。

关键词：水库；清淤；流程

中图分类号： R123 文献标识码： A 文章编号：

前言

水库建设在国民经济中起着巨大作用，是调节水库径流、泥沙、蓄水兴利的重要水利设施。水库泥沙的淤积将直接影响着水库综合效益的发挥，制约着国民经济的发展，并带来一系列的危害，因此，要认真分析水库泥沙淤积的原因和规律，以便采取有效措施，解决水库泥沙淤积问题，进行水库的合理运用。

一、水库泥沙淤积影响

乌拉泊水库位于乌鲁木齐市南郊，红雁池水库上游17公里，距市区10公里。是乌鲁木齐市重要的饮用水水源地之一，担负着城市百万市民生活用水和部分农业生产用水的重任，年均供应市区生活用水量约1亿立方米，占全市生活供水量的50%左右。1959年建设以来，没有实施清淤，已淤泥沙1104×104m3左右，使水库功能老化，泥沙淤积侵占了有效库容，较大程度降低了水库的调蓄能力。严重影响水库的防洪、灌溉和供水效益的正常发挥,已直接影响到水库运行调度，供水水质。导致水库蓄水与供水、蓄水与防洪之间的矛盾日益突出，缩减了水库设计使用年限。

二、水库清淤的条件

1、气候与水文条件

项目区属北疆温带干旱荒漠气候区。在水文气候区划上，属温带水文气候区的温带亚干旱中霜区。

项目区的典型气候特征是冬季寒冷、春季多大风且气候多变，夏季严热，日照时间长，干旱少雨。年平均降水150~200mm，夏季降水最多，约占全年降水的70%以上。冬季积雪厚度约10cm。蒸发量在1700mm左右。年平均气温5.5~7.5℃。由于冬季逆温效应，比城区气温稍高。盛行风向为西北风。乌拉泊水库多年平均大风日数15-20天左右，最大风力可达20.8m/s，以东南风居多。

项目区光热资源丰富，生长季节较长。据多年气象资料统计，项目区所在地≥10℃的有效积温在3500℃左右；平均无霜期多年平均为150天，最长达170天，最短也达126天；年日照时数为2833h，日照百分率64%，冬季为55%；太阳辐射能达1336千卡/cm2.a。项目区如此丰富的光热资源，为区域生态保护与土地适度开发提供了前提保障。

2、 清淤质的成分

乌拉泊水库清淤工程，工程施工可清出525×104m3淤积物，其中粉细砂淤积物含泥沙为5%-10%，有机质含量1.07%-2.5%；粉土淤积物含泥沙为2.5%-4.97%，5.0米以下土体状态呈“软塑状—可塑状”且松散，有机质含量0.62%-2.55%；所清淤积物在水平和垂直方向性质表现均一，是一种较好的种植土，有利于生态的恢复和建设。

3、 土壤

项目区土壤为荒漠性质土壤，以灰、棕钙土为主。由于地处山前冲-洪积扇扇形地，土壤表层多有大小不等的砾石覆盖，土层中多含大小不等的砾石。有效土层厚度仅为20-40cm。土壤质地粗糙，除去砾石后，土壤质地各组分所占比例大致为：砂0.2%、砂壤56%、轻壤26%、中壤15.3%、重壤1.4%和粘土1.1%。土壤保水保肥能力较差。土壤的pH值高，在7.53-9.66之间。土壤有机质含量适中，平均在8.35-18.20%。全N、全P、全K平均在0.51-0.97g/kg、0.47-0.66g/kg 16.00-17.05 g/kg之间，表现出比较明显的缺氮少磷富钾的现象，但总体上土壤的肥力适中。

三、清淤方案的比较

1、绞吸式挖泥船

绞吸式挖泥船是目前在清淤工程中运用较广泛的一种船舶, 其作业方式是船上装有强有力的离心泵, 船艏装有一个铰刀架, 挖泥时将铰刀架放下, 头部的铰刀伸放到库区底部, 旋转铰刀把底泥绞烂, 在铰刀口下方利用强有力的离心泵 (或称为吸泥泵) 吸口把泥浆通过吸泥管吸上来,放入船舱、吹抛到 100 m 外或直接利用排泥管把泥浆泵送到岸上。挖泥、运泥、卸泥等过程连续完成, 效率高、成本较低。排泥管输送淤泥方便环保, 对于新建的港口、航道或就近有可抛泥的地方来说是可行的。

2、链斗式挖泥船

链斗式挖泥船是利用一连串带有挖斗的斗链, 借上导轮的带动, 在斗桥上连续转动, 使泥斗在水下挖泥并提升至水面以上, 同时收放前、后、左、右所抛的锚缆, 使船体前移或左右摆动来进行挖泥工作。挖取的泥土提升至斗塔顶部, 倒入泥阱, 经溜泥槽卸入停靠在挖泥船旁的泥驳,然后用拖轮将泥驳拖至卸泥地区卸掉。链斗式挖泥船对土质的适应能力较强, 可挖除岩石以外的各种泥土, 并且挖槽截面规则, 误差较小, 适用于截面规格要求较高的建筑物 (如港口码头泊位) 的施工

3、抓斗式挖泥船

抓斗式挖泥船的作业方式是利用旋转式挖泥机的吊杆及钢索将抓斗放入水底抓取泥土, 开动斗索绞车, 吊斗索即通过吊杆顶端的滑轮, 将抓斗关闭, 升起, 再转动挖泥机到泥驳将泥卸掉, 挖泥机又转回挖掘地点进行挖泥, 如此循环作业。泥驳在装满泥后利用拖轮或自航到卸泥区卸泥。抓斗式挖泥船主要用于挖取黏土、淤泥、孵石,宜抓取细砂、粉砂。

根据乌拉泊水库淤积质特点和以上几种清淤方式利弊，最终乌拉泊水库清淤采取了搅吸式挖泥船和链斗式挖泥船相结合施工。

四、清淤流程及注意事项

1、挖泥船定位及抛锚

当挖泥船由拖轮拖至施工区域后, 利用 GPS 定位, 并用锚艇顶推船头和船尾, 逐渐调整船位基本到达设定位置,船停后, 放下 1 个定位桩, 并在船首抛设 2 个边锚, 并逐步将船位调整到挖槽中心线上。严禁在船行进时落桩, 挖泥船的横移地锚应安装牢固。逆流施工时, 地锚的超前角一般不宜大于 20b, 落后角不得大于 10b。挖泥船抛锚时,先抛上风锚, 后抛下风锚; 收锚时, 先收下风锚, 后收上风锚。

2、疏挖顺序

首先在疏挖区边线上的第 1 条和最后一条开挖出 1 条疏浚通道, 其它按船体的开挖标准宽度分条, 按 / 近土远调, 远土近调0 的原则开挖。

3、疏挖方法

挖泥船疏挖采用横挖法, 即以左定位桩为主桩, 作为横移摆动中心, 利用左右缆交替收放, 摆动挖泥。主桩前移的轨迹保持在挖槽中心线上, 使铰刀的平面轨迹始终在设计开挖线内前移, 避免重挖和漏挖。各疏挖分区分条、分层开挖, 相邻的开挖分条重叠不小于 1 m, 以免漏挖。开挖好的分区由技术人员按区域编号、施工时间、施工班组和质检情况作好详细记录, 并在平面图上作好标记。

4、注意事项

结合乌拉泊水库库区的地质特点, 本区域主要以淤泥为主，根据这类土质的特点, 以最佳泥浆浓度控制真空表、压力表。如泥层薄可加大前移距和横移速度, 也可以不用铰刀而采用定点、定吸的方法。

5、淤泥输送

开挖出的水下淤泥, 用管道全封闭远距离输送至指定堆场或临时泥浆池内, 当输送距离超过单船输送能力时,中途加接接力泵船加压输送, 以满足远距离输送要求, 同时确保泥浆输送过程中不外泄。

6、质量控制

挖泥船配有精确的全球卫星定位 系统 ( GPS), 平面定位采用 GPS 控制, 在开挖区内形成铰刀移动轨迹, 避免漏挖；开挖前布设几组精准水位尺, 开挖时, 通过船上开挖深度指示仪控制开挖深度, 结合回声测深仪反馈数据, 严禁欠挖和超挖, 确保库区岸坡稳定。靠近岸边时, 应降低横移铰车速度；开挖前应进行试挖, 以求得挖到设计深度层时的适当横移速度；施工水尺及测深绳、测深杆存在误差也会影响深度, 必须经常校核。

7、余水处理

泥浆进入堆场沉淀后余水通过退水口排出, 余水排放视区域水环境要求选择处理或不处理, 如需要处理, 可选择采用专用余水处理技术, 经处理后的余水 SS 值 ( 固体悬浮物颗粒含量) 指标控制在 150 mg/L 以内, 以保证周边水环境不受影响。

结束语

水库泥沙淤积问题在水库的调度运用、水质保障中应引起高度重视，建议在水库日常运行中采取水库泥沙常态化拦截和清理。同时在新疆水库清淤中还存在清淤质中细颗粒和粗颗粒交叉叠加存在的状态，对于绞吸式挖泥船和链斗式挖泥船都存在一定施工困难。水库在清淤期间，还在不断引、蓄水，泥沙还在不断涌入正在清淤的水库，工程计量时也存在不尽合理之处。为此加强水库泥沙淤积规律和发展趋势的研究，寻求减缓水库淤积的措施，制定水库长期保持有效库容及可持续发展的策略非常必要。

参考文献

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