頭屯河水利工程排沙清淤方法探討

馬世紅

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉831100)

頭屯河水利工程排沙清淤方法探討

馬世紅

(新疆水利廳頭屯河流域管理處，新疆昌吉831100)

對頭屯河水庫各項工程情況、供水要求以及運行方式和淤積規律進行了規律性分析，初步提出了符合頭屯河水庫現階段通過高渠水利沖沙、異重流排沙、水利機械清淤等多種排沙方式，制定出周期性汛期排沙，汛末蓄水興利的運行方式，力爭最大限度地發揮頭屯河水庫水利工程興利除害的綜合功能，對山區水庫的排沙減淤和科學合理調度運用有很好的啟示作用。

水利工程;排沙清淤;運行方式;方法研究;頭屯河水庫

0 引言

新疆頭屯河水庫位于天山北坡，距烏魯木齊市及昌吉市各約30 km處，該水庫是一座以農業灌溉，結合城鎮生活供水、工業用水、防洪等為一體的綜合利用的攔河式水庫。水庫投入運行十幾年，開展了下游兩岸灌區事業，并給城鎮及工業用水提供了可靠的水源。頭屯河灌區不僅是自治區重要的糧棉基地、烏市和昌吉市重要的菜籃子基地，而且還是自治區重要的鋼鐵、水泥、輕紡工業基地。頭屯河水庫樞紐由心墻土石壩、溢洪道、泄水涵洞、泄水隧洞以及下游分水樞紐五大部分組成。該水庫于1965年開始修建，1981年基本建成，1983年竣工，1978年開始部分蓄水，設計庫容2 300萬m3，由于歷史原因，頭屯河水庫是個典型的“三邊”工程，工期長達十幾年之久，水庫建成后，即成為一座病險庫，長期帶病運行，險情逐年惡化。截止2001年底，泥砂淤積量仍然很大，有效庫容僅有1 067萬m3，水庫防洪渡汛能力大為下降，達不到設計要求，水庫目前正瀕臨報廢的危險，其安全問題日趨突出，防洪標準大大降低，目前僅能防御30 a一遇洪水，已嚴重威脅大壩安全。

1 頭屯河水庫存在的問題

1.1 泥沙危害

頭屯河是一條山溪性多泥沙河流，由進、出庫試驗站實測資料可見，頭屯河入庫泥沙量變化較大，平均為87.8萬t，而且高度集中在汛期，5～8月的進庫沙量占入庫沙量的92.7% ～99.4%，其中尤以7月份入庫沙量最大，占全年入庫總沙量的55.19%，日均最大含沙量為68.1 kg/m3(1995年7月14日)。頭屯河水庫自開始蓄水，多年來，水土流失嚴重，河水泥沙含量大，造成水庫泥沙大量淤積，水庫功能下降，嚴重影響著下游灌區經濟的發展。為保證八鋼工業供水水質要求(含沙量＜5 kg/m3)等多方面原因造成了頭屯河水庫的淤積嚴重，加之頭屯河區近10萬居民的生活用水需求，水庫一直未能按照“蓄清排渾”的方式運行，至2001年底，泥砂淤積量仍然很大，有效庫容僅有1 067萬m3，水庫防洪渡汛能力較低，達不到設計要求。不僅興利調蓄能力日益降低，而且危及水庫本身防洪安全，直接影響到水庫的使用壽命，顯而易見，頭屯河水庫的排沙清淤工作已迫在眉捷，解決這個問題有著顯著的社會效益、經濟效益。

1.2 工農業供水與排沙的矛盾

頭屯河水庫淤積嚴重，排沙減淤迫在眉睫，頭屯河水庫為保障八鋼工業用水水質是排沙的前提。供水濁度——含沙量＞5.0 kg/m3，就超過了工業凈化水的處理能力，造成工業停產。工業供水常規供水方式是由水庫隧洞支洞供給，隧洞進口底高程961.0 m，比泄水涵洞底高程949.1 m僅高11.9 m，在不同水位和流量下控制渾水不進入隧洞還有待于進一步實踐研究，必須密切觀察水質，有必要隨時切換其他非常規供水方式。由于頭屯河水庫淤積采用新的運用方式排沙，造成出庫泥沙含量大和引水工程受泥沙磨損而產生新的工程隱患，同時造成灌區渠系和農田的新的淤積，使水利工程效益降低，農田沙化和土壤退化，將會影響到下游農業灌區的經濟發展。為解決水庫的淤積問題，必須改變原有的運用方式，改為蓄清排渾運用。既調節水量，又調節沙量，淤積速度也會減緩或保持一個大的長期使用庫容。但為了保證工業用水水質，現有工程體系保障度低:①大庫供給系統受汛期防洪和水力沖沙要求的約束，在汛期無法正常發揮其常規供水方式的作用;②庫外供給系統受水工程標準低因素的制約，汛期發揮應急供水方式作用的能力差。

2 水庫排沙清淤的方法

2.1 高渠水力沖沙

利用水庫泄空后的高灘深槽，形成大比降沖刷。水庫放空后，在庫前附近，修建臨時擋水低壩，將河道基流引入沿庫周圍的高渠內，居高臨下泄水沖灘，恢復庫容。

2.2 異重流排沙

頭屯河水庫異重流排沙，當上游監測到有高含沙渾水入庫時，即入庫水流濁度達到1 500 ntu，流量達到12 m3/s時，在6～8月入庫流量較大，更適合異重流排沙的條件，此時排沙能夠取得良好的效果。可先打開底洞按洪峰來水量開始小流量排沙，避免異重流抵達壩前的過程中形成渾水擴散，當入庫水流以異重流形式出庫后，再根據入庫洪峰流量調節出庫流量，確保庫水位沒有大的變化，控制在灘槽內。入庫流量增大，則調整涵洞閘門加大出庫流量，入庫流量減少，則調閘減少出庫流量，合理控制庫水位。

2.3 機械輔助清淤

在水庫庫區回水末端淤積物以粗顆粒推移質為主，水力沖沙沒有效果，也無地形條件，采用機械開挖，車輛拉運方式清淤，首先為水力沖沙等其它清淤方式創造有利的清淤地形條件，同時推移質顆粒物質可作為建筑材料，即增加了經濟收入，又減輕了水庫危害。2003—2005年間頭屯河水庫利用機械清淤68×104m3。減少了推移質泥沙對涵洞底板的危害，延長了工程使用壽命

3 排沙調度研究的意義

1)對頭屯河水庫排沙調度進行研究，自1999年開始調水排沙清淤以來，水庫庫容已從1998年580萬m3恢復到2008年的1 830萬m3，恢復有效庫容1 250萬m3，水庫延長了使用壽命，增強了防洪抗旱能力，提高了工、農業供水的保障。通過各種排沙清淤方法，是解決水庫淤積問題的最根本措施，為未來水庫在正常運用狀態下的常年排沙打下了很好的基礎，優化水庫運行模式，也為水庫除險加固工程創造有利的施工條件，為相似水庫的排沙清淤提供了范例。因此，頭屯河水庫調水調沙調度的研究并在實踐中加以運用，具有重要的意義。

2)解決水庫淤積問題最根本的措施是進行排沙調度，通過各種方法排沙清淤。頭屯河水庫具備良好的排沙條件，但是排沙與給八鋼供水有矛盾，因此，要進行有計劃的排沙工作，首先必須解決八鋼的供水問題。在河道來水含沙量不太大時，通過暗渠給清水池注水，經過清水池沉淀，使水質變清。當暗渠來水含沙量＞5 kg/m3時，啟用清水池，用水泵從清水池中抽取清水摻入暗渠，使之滿足供水要求。當河道來水含沙量很高，無法利用時，清水池也可單獨供水4 d左右，若循環使用可供應8～10 d。這樣就基本上解決了水庫排沙期間的八鋼供水問題，為水庫排沙清淤創造了條件。

4 水庫排沙的時機選擇

頭屯河水庫淤積嚴重，在運行中選擇合適時期排沙，既要保證下游農作物淤積危害降到最小限度，同時又有足夠的水量來排沙，7月份作為主汛期，來水量占全年的60%，來沙量占全年來沙量的55%，而此時農作物已進入成熟期，小麥等作物已收割。即使用部分含沙量大的水進入灌區也不會對農作物產生太大的危害。根據近幾年農作物用水情況，一般在10月下旬、10月上旬秋灌結束，此時冬蓄水應根據水文資料及水情分析、水庫庫容選擇合適蓄水水位，既保證冬季不因水庫蓄滿造成溢洪道溢洪或開閘泄水，也不能冬蓄水棄水過多，造成第二年水庫蓄不到合理水位，造成春洪用水緊張。

5 結語

頭屯河水庫的排沙清淤技術都是根據生產的需要，在不斷地探索研究和生產實踐中發展起來，為頭屯河水庫今后運行積累了寶貴的經驗，延長了水庫壽命也擴大了水庫的興利效益。

［1］中國水利學會泥沙專業委員會.泥沙手冊［K］.北京:中國環境科學出版社，2001.

［2］莊佳，賴冠文，程禹平，等.水庫清淤繞庫排沙初探［J］.廣東水利水電，2007(06):1-4，12.

［3］王朋遠.試論頭屯河水庫排沙減淤技術的研究與應用［J］.新疆水利，2010(02):50-54.

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1007-7596(2012)09-0089-02

2012-08-06

馬世紅(1973-)，女，新疆昌吉人，從事水利工程運行管理工作。