淺談新疆博樂市“五一”水庫清淤設計

劉建海

摘 要：本文對新疆博樂市“五一”水庫淤積原因進行了分析。并提出水庫清淤的方案及詳細設計內容。從工程實踐中得出設計經驗，為今后水庫清淤設計奠定基礎。

關鍵詞：水庫清淤 清淤設計 機械清淤 水力清淤

我國土地廣袤、人口眾多，然而水資源十分有限，尤其在新疆水資源極其匱乏且時空分布不均。為滿足疆內各行業生產生活需要，我們修建了許多座水庫。本文以“五一”水庫為例分析水庫淤積原因。并結合水庫的地理位置，河流泥沙特點及多年運行方式，充分考慮當地水文、氣候等條件，制定出水庫清淤設計方案。

1.水庫基本概況

五一水庫位于博爾塔拉河中下游，是一座平原攔河水庫。水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖和旅游的綜合性水利樞紐工程。

1.1水庫進庫泥沙

博爾塔拉河流域山區河流眾多，河流徑流量小。山區植被覆蓋較好，地表土壤侵蝕較輕，且河流徑流量中冰雪融水及地下水補給比重較大，河流含沙量較小主要河流年平均含沙量在0.21～1.81kg/m3之間。由博爾塔拉河的徑流特性，洪水多發生在春夏季，冬季徑流量大，致使該河流懸移質泥沙年內分配極不均勻。輸沙量高度集中在5～8月，其間輸沙量占年輸沙量的95%以上，從而使大量的泥沙淤積于水庫之中，造成水庫蓄水量減少。

1.2水庫淤積現狀分析

五一水庫2002年除險加固后的設計庫容為1960萬m3，興利庫容1614.5萬m3，根據2015年實測資料顯示，水庫在正常蓄水位528.5m時，庫容僅剩 818萬m3。在河道入水口處約800mn范圍內，淤積厚度1～3m，淤積物主要以粉土質沙為主，摻雜大小粒徑顆粒礫石；在壩前100m～1200m范圍內平均淤積厚度大于10m，淤積物主要以低液限黏土與低液限粉土為主。

2.水庫庫容恢復方案

本次設計時考慮三個方案，既方案一：水庫加高方案；方案二：新建水庫；方案三：水庫清淤；通過從方案的優缺點及工程投資等方面進行了詳細的比較。最終選擇水庫清淤作為本次設計的推薦方案。方案比較見表1。

3.水庫的清淤方式

水庫清淤一般分為機械清淤和水力清淤。機械清淤是指在作業區水排干后，采用挖掘機直接開挖，挖出的淤泥采用自卸車拉運至堆渣區堆放。

水力清淤主要是應用在一定水深條件下，利用專業機械進行清淤，目前主要采用抓斗式挖泥船、絞吸式挖泥船、鏈斗式挖泥船等。

根據“五一”水庫特點。綜合考慮，本次設計采用機械清淤與水力清淤相結合的方式清淤。

3.1機械清淤設計

水庫在每年7月、8月水庫水位較低的時期，水庫水位高程在518m以下，在水庫西岸及南岸淤積物開挖底高程在523m以上范圍內，淤積厚度較小的地段，采用挖掘機清淤，清淤深度不大于3m，經計算機械清淤范圍62.4萬m2，清淤量187萬m3。

3.2水力清淤設計

3.2.1疏浚區設計

五一水庫南北寬約1.1km、東西寬約2.5km，水域面積較大，采用分層，分條開挖施工。

（1）分條寬度。根據《疏浚與吹填工程設計規范》（JTG181-5-2012）7.2.3條規定，考慮疏浚作業的水平和垂向偏差，在寬度和深度應考慮超寬和超深，本次選用挖泥船總裝機功率2810kw及1432kw，超寬值一側取3m，超深取0.3m，因此分條寬度取45m與22.5m。擬采用多條挖泥船同時施工，為避免干擾，分條方向為南北向垂直落淤區布置。

（2）分層厚度。本次挖泥船所配鉸刀直徑1.7m與1.27m，根據本次淤積物的特性，1450m3/h型號挖泥船分層厚度取2.3m，前移距離取1.3m。350m3/h型號挖泥船分層厚度取1.7m，前移距離取1.0m。

3.2.2排泥管線設計

（1）管材選擇與連接方式。排泥管作為主要輸泥設備之一，本次疏浚工程排泥管選用鋼管作為排泥管。

（2）揚程驗算。根據揚程計算可知挖泥船所配泥泵泥漿揚程均小于設計最長排距泥泵總水頭，因此需新增接力泵，采用串聯式連接方式。

（4）排泥管線布置。水上管線采用自浮式鋼管和膠管相隔連接結構。中間每隔20～30m設置浮筒一個，每隔150米用錨水上固定。陸地管線采用直徑600mm的鋼管。

3.2.3落淤區設計

考慮現場地形，本次設計落淤區選在水庫南岸臺地至現狀道路之間的范圍，占地面積161.38公頃。

（1）圍堰設計。落淤區根據現場地形，布置在4條沖溝之間的空地上，圍堰高度8～10m，圍堰頂寬為8m，表層鋪設25cm砂礫石路面。圍堰上下游邊坡均為1：2.0，圍堰上游鋪設一布一膜，規格150g/0.3mm，填筑料利用現狀臺地落淤區范圍內的土料填筑。落淤區及圍堰特性見表2。

落淤區最大儲泥量為341.36萬m3，水庫兩期清淤量總計為821萬m3，為保證清淤工作正常運行，在清淤過程中，有480萬m3淤泥需拉運清除。

3.2.4排水系統設計

在每個落淤區，排泥管均布置在落淤區高程較高一側，通過排水建筑物排入現狀沖溝內，最終由沖溝排入五一水庫。本工程設計8座排水豎井。

（1）排水豎井設計。排水豎井由排水豎井、排水涵管及消力池三部分組成。排水豎井是將儲泥區沉淀后的清水匯集，排水涵管將排水豎井中匯集的水輸送至消力池，消力池是將排水涵管中的水平順匯集后排入水庫。

（2）排水暗管設計。暗管排水分縱向排水與橫向排水，縱向排水暗管南北向沿現狀地形縱坡布置，在圍堰后設置橫向排水，將縱向排水暗管得水匯集后排入排水沖溝。

橫向暗管采用直徑為30cm的波紋塑料管，將縱向暗管滲水匯入橫向暗管后排入排水渠。

4.小結

淤積問題隨著水庫工程服役時間的增加將越來越突顯。為使水庫工程延長壽命、發揮效益，如何解決淤積問題將會成為廣大水利工作者共同面臨的難題。實施水庫清淤工程能有效恢復庫容，技術上可行，相對成本也較低。清淤恢復庫容的成本低于新建水庫，其優勢在于不增加占地，不產生移民。實施水庫清淤工程可帶來顯著的社會效益、環境效益和經濟效益。本文介紹了 “五一”水庫清淤設計方案，為今后疆內水庫清淤奠定了設計基礎，不論采用何種清淤方式，設計人員都應以實際情況為出發點，實事求是，綜合評價分析，不斷探索與創新，為水利事業做出應有的貢獻。

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