王家崖水庫排沙減淤實(shí)踐與成效分析

虎新星

（陜西省寶雞峽引渭灌溉管理局 陜西 咸陽 712000）

1 水庫基本情況

王家崖水庫位于渭河支流千河下游，原設(shè)計(jì)總庫容9420萬m3，壩址以上流域面積3288km2。壩址上游15km處有馮家山水庫，總庫容4.27億m3，控制流域面積3232 km2，兩庫區(qū)間流域面積56 km2，河道徑流基本被馮家山水庫截?cái)啵霂焖恐饕揽繉氹u峽塬上總干渠充蓄，灌溉用水時(shí)再抽庫水濟(jì)渠。

王家崖水庫是寶雞峽灌區(qū)現(xiàn)有6座調(diào)蓄水庫中庫容最大、調(diào)蓄能力最強(qiáng)、在灌區(qū)中地位最為重要的一座。水庫樞紐工程由土壩、溢洪道、進(jìn)水道、放（引）水洞、壩左自流引水口及壩后抽水站等組成。水庫以灌溉為主，兼防洪、養(yǎng)殖、旅游等其它效益。

2 泥沙淤積現(xiàn)狀

王家崖水庫建成于1971年，水庫原設(shè)計(jì)總庫容9420萬m3（高程602.26m），調(diào)洪庫容1346萬m3，死庫容450萬m3（高程583.0m）。經(jīng)多年運(yùn)用，目前水庫庫容4506萬m3，淤損率近50%，平均每年減少庫容160萬m3。

王家崖水庫泥沙來源有兩個(gè)：①上游來沙，主要是上游馮家山水庫汛期泄洪排沙，使庫區(qū)集中淤積，尾部明顯抬高；②干渠充庫泥沙：由于進(jìn)水道距離溢洪道、放水洞進(jìn)口位置較近，致使引渭干渠充庫泥沙在溢洪道進(jìn)口淤積，最大時(shí)高出溢洪道堰頂2.5m，嚴(yán)重影響了溢洪道閘門的正常運(yùn)用和水庫安全泄洪；同時(shí)，干渠充庫泥沙落淤于放水洞進(jìn)口，形成一個(gè)沿壩軸線方向長(zhǎng)400余m，寬近100m，高程達(dá)598.0m的一道沙嶺，使馮家山排泄進(jìn)庫的大量泥沙和高程597m以下近800萬m3的庫容不能排出。以上兩種來沙淤積加速了水庫有效庫容的衰減，使水庫的使用壽命大打折扣，同時(shí)也嚴(yán)重影響了水庫正常功能的有效發(fā)揮。

3 水庫排沙減於實(shí)踐

3.1 氣力泵清淤

1978年至1984年，水庫管理單位在當(dāng)時(shí)水電部、黃委會(huì)、省水利廳的大力支持下，開展氣力泵清淤試驗(yàn)研究。研制成功QB-90/10型氣力泵清淤船，主要由雙泵體、電磁空氣分配器和空壓系統(tǒng)等組成，并用水下旋耕鉸刀代替行星式鉸刀，可實(shí)現(xiàn)垂直開挖和平移開挖，使清淤平均濃度達(dá)45%（重量比628kg/m3），單船年清淤能力可達(dá)13萬t左右，排渾距離最遠(yuǎn)達(dá)221m。按1984年物價(jià)核算，排沙單耗為0.6元/m3。

3.2 渾水清淤

1987年，水庫管理單位在總結(jié)以前排沙減淤措施的基礎(chǔ)上，提出了“控制泥沙入庫，降低淤積速度；改變運(yùn)用方式，水沙同時(shí)調(diào)節(jié)”的水庫運(yùn)用方式；并按防治并重，綜合治理，立足當(dāng)前，設(shè)想長(zhǎng)遠(yuǎn)的原則，提出了“滯洪排沙、泄空沖刷、基流沖刷和橫向沖蝕相結(jié)合，為異重流排沙創(chuàng)造條件，以達(dá)到主槽沖淤平衡”的長(zhǎng)期治理方案，以達(dá)到“既要控制泥沙入庫，降低淤積速度，延長(zhǎng)現(xiàn)有有效庫容的使用時(shí)間，又要排除前期淤積，恢復(fù)部分庫容”的總體治理目標(biāo)。

具體采取的措施包括：①降低充庫水沙限：根據(jù)多年充庫水資料計(jì)算分析，將進(jìn)庫沙限調(diào)節(jié)為春灌1%；夏灌1.5%；冬灌2%；與原定3%相比，可相對(duì)減少入庫泥沙50%左右，多年來淤積速度有所減緩。②布網(wǎng)觀測(cè)，提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)：庫區(qū)布設(shè)淤積觀測(cè)控制網(wǎng)，共布設(shè)10個(gè)斷面，6個(gè)控制樁，24個(gè)斷面樁，采用斷面地形結(jié)合的方法，每年測(cè)一次，并作了1/1萬的大比例尺測(cè)圖，結(jié)合進(jìn)出庫流量、進(jìn)出庫泥沙、水庫水位等項(xiàng)目觀測(cè)，分析整理，為排沙提供科學(xué)依據(jù)。③泄空沖刷試驗(yàn)：1989年1月10日至15日，利用檢修放水洞閘門的機(jī)會(huì)，開展了一次泄空沖刷試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)出庫最大含沙量為73kg/m3；沖掉了放水洞周圍約1萬m3泥沙；在洞前形成平行于壩軸線方向長(zhǎng)約700m，寬約50m，最大深為7m的槽口，放水洞前原淤成的沙壩被拉開缺口，使當(dāng)時(shí)庫水位可降至595m。通過這次試驗(yàn)，驗(yàn)證了泄空沖刷的可行性，同時(shí)也為異重流排沙創(chuàng)造了條件。④異重流排沙試驗(yàn)：1992年8月12日，上游馮家山水庫異重流排沙，泄流80m3/s，平均入庫含沙量135kg/m3；共排沙77.5萬t。王家崖水庫在當(dāng)日出現(xiàn)異重流時(shí)，及時(shí)開啟放水洞泄水（10m3/s）排沙，平均出庫含沙量1236 kg/m3，至14日結(jié)束，共歷時(shí)35小時(shí)，排沙15.6萬t。

3.3 挖泥船清淤

從2013年開始，灌區(qū)管理單位通過對(duì)王家崖水庫和灌區(qū)的來、用水過程進(jìn)行分析論證，結(jié)合水庫運(yùn)行條件、水量供需平衡和調(diào)節(jié)計(jì)算，提出了前期年水下清淤10萬m3，后期年清淤100萬m3，清淤規(guī)模4000萬m3的總體目標(biāo)。

其中前期共試點(diǎn)3種清淤方案：①環(huán)保絞吸式挖泥船清淤，挖泥船總流量2200m3/h，每小時(shí)產(chǎn)量250m3，主機(jī)680kW，清淤水體含固率10%～15%左右，估算清淤單價(jià)約17.35元/m3。②履帶式挖泥船清淤，船長(zhǎng)15m，下挖深度3m，配柴油機(jī)2臺(tái)，功率約190kW，日最大清淤量1500m3，清淤體含固率80%左右，估算清淤單價(jià)約8.49元/m3。③潛水排污泵清淤，自制托泵浮船(操作平臺(tái))和排沙管道一套，主要包括浮船、龍門架、升降機(jī)、潛水排污泵、浮桶、浮管等設(shè)施。配套水泵功率22kW，清淤水體含固率4%左右，日清淤量約48m3，估算清淤單價(jià)約30.2元/m3。

4 水庫排沙減於成效分析

4.1 氣力泵清淤

王家崖水庫的氣力泵清淤試驗(yàn)研究工作基本是成功的，但限于當(dāng)時(shí)的機(jī)械化普及程度，多數(shù)人認(rèn)為成本還比較高，設(shè)備規(guī)模小，出庫淤積量還不完全具備清淤擴(kuò)容之意義。使用范圍限制于底孔、放水閘、電站進(jìn)水口附近狹窄水域的深水處清淤及水庫綜合排沙。對(duì)大型水庫支流的攔門坎可以開挖壑口，保證水流暢通；對(duì)渠庫結(jié)合工程清淤可結(jié)合抽灌，將泥漿從庫底抽入渠道，既不因清淤消耗水量，也不受來水來沙等因素影響；對(duì)采用異重流排沙、滯洪排沙等措施的水庫，定點(diǎn)清除水庫底孔淤堵、放水洞口淤堵，保持沖刷漏斗，提高排淤效果。

4.2 渾水排沙

王家崖水庫位于渭河支流千河下游，土壩總長(zhǎng)1816 m，壩高24m。自上游15km處的馮家山水庫被確定為寶雞市城市供水主水源地后，除汛期沖砂外，常年基本無徑流下泄，庫水主要靠引渭河徑流充蓄。且渭、千河均發(fā)源于西北黃土塬區(qū)，徑流含沙量較大，所以王家崖水庫是典型的平原型寬淺式渾水水庫。

泄空沖刷與異重流排沙均屬渾水排沙技術(shù)，除要求泥沙粒徑較大外，均需要消耗較大水量，而這一點(diǎn)至少在短期內(nèi)王家崖水庫是難以實(shí)現(xiàn)的。加之王家崖水庫僅在壩右部有兩條并列的泄水（沙）管（內(nèi)徑1.8m），相對(duì)于1816 m的總壩長(zhǎng)，也很難實(shí)現(xiàn)較好的排沙效果。

4.3 挖泥船清淤

水庫現(xiàn)階段試點(diǎn)開展的3個(gè)方案的挖泥船清淤作業(yè)初步以淤積面以下最大5m為限，在庫面分片區(qū)開展工作，各方案進(jìn)展順利。與其它清淤方式比較，現(xiàn)階段采用挖泥船清淤具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：①不會(huì)造成下游河道二次污染，所挖泥沙經(jīng)分離后，淤泥可用以覆土造田或制作燒結(jié)磚，沙石為通用建材，滿足生態(tài)環(huán)保要求；②基本不消耗越來越有限和寶貴的水資源；③隨著工程機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平的提高和應(yīng)用范圍的普及，清淤費(fèi)用已與新開發(fā)水源投資基本相當(dāng)，為一些作用重要的水庫工程的挖潛改造、改善恢復(fù)調(diào)蓄能力提供了更多可行條件。

5 結(jié)語

水庫的修建打破了河流本身已有的沖淤平衡，必然引起庫區(qū)泥沙的淤積。所以水庫的清淤不可能一勞永逸，但這并不意味著不能有所作為。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，陜西省1052座水庫均存在著較嚴(yán)重的淤積問題，總淤積量超過15億m3，損失庫容40.4%。淤積導(dǎo)致水庫在防洪、灌溉、發(fā)電等方面的作用大大削減，嚴(yán)重威脅水庫功能的充分發(fā)揮，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

陜西省人民政府關(guān)于加快病險(xiǎn)水庫治理和排沙減淤工作的通知“陜政發(fā)[2000]36號(hào)”指出：對(duì)淤積嚴(yán)重，有條件進(jìn)行排沙減淤且效益顯著的水庫，采取工程和非工程措施進(jìn)行綜合治理，減緩淤積速度，延長(zhǎng)水庫壽命，達(dá)到保障水庫安全、提高水庫效益的目的。

水庫淤積治理因水庫所處地理位置、氣候條件以及自身筑壩方式等的不同，在清淤方案的選擇上表現(xiàn)各異。通過多種清淤方式的試驗(yàn)、對(duì)比、總結(jié)，結(jié)合淤積物的后續(xù)處理方式革新，探索出適應(yīng)王家崖水庫淤積治理的科學(xué)方案，不但可為灌區(qū)的水資源調(diào)配和可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，而且可為北方同類型水庫的淤積治理提供借鑒。陜西水利

[1]機(jī)電排灌設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）[M].中國水利出版社.1982.6.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.泵站設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50265-2010）[S]，2011.2.