引黃供水中線沉沙池清淤工程設計

蘇焱

（商丘市水利建筑勘測設計院，河南 商丘 476000）

1 綜合說明

引黃供水中線清淤工程沉沙池位于蘭考縣境內。引黃供水中線是三義寨引黃工程中的最重要組成部分，引黃中線（商丘干渠）從毛古寨三分樞紐開始，至帽李橋結束，渠道長度35.86 km，其中沉沙池段7 km，退水渠段1.96 km，而后進入任莊等梯級水庫，設計引水流量56 m3/s，年引水量4.20 億m3，控制灌溉面積6.79 萬hm2。工程于1992 年建成，1994 年投入使用，沉沙池上游干渠底寬16.10 m，水深2.50 m，邊坡1∶1.50，沉沙池設計底寬100 m，水深3.00～3.25 m，邊坡1∶3.00，現狀口寬70～150 m。

中線沉沙池是商丘干渠乃至整個商丘三義寨引黃灌區的關鍵工程，渠道現狀普遍淤積較厚，其中小劉崗橋到三營橋段2018 年未進行渠底清淤，底部淤泥淤積較深，淤積嚴重，導致引水不暢，效率較低，淤積已經嚴重影響了灌區的正常運行并危及了城市用水的正常供給，影響灌區正常效益的發揮，供需矛盾突出，亟待解決，所以對其進行清淤具有極為重要的社會作用和經濟作用，項目勢在必行。

由于引黃水攜帶大量的泥沙，沉沙池建成以后，幾乎每年都進行沉沙清淤，小浪底進行調水調沙以后，由于挾沙量減少，所以清淤次數改為2-3年清淤一次。

此次工程范圍為從小劉崗橋以上383 m至三營橋，樁號2+650～5+650，建設規模為清淤長度3.00 km，清淤標準為沉沙池設計斷面，設計水位65.29～65.20 m，渠底62.19～61.99 m，設計流量56 m3/s。

2 工程設計

2.1 渠道工程設計

引黃中線工程自1994 年通水以來，小浪底調水調沙之前每年都進行清淤，調沙之后每2-3 年清淤一次，距今最近的一次清淤為2018年，現狀淤積嚴重，引水能力已經達不到設計引水流量，急需進行清淤。此次治理工程仍以原設計斷面為準進行設計，清淤范圍從小劉崗橋以上383 m 至三營橋下，樁號2+650～5+650段（0+000對應商丘干渠樁號25+326），清淤總長度3 km，沉沙池主槽采用土質梯形斷面，引水流量56 m3/s，根據底寬變化從沉沙池入口到退水渠結束沉沙池共分7個設計段，水位65.37～65.10 m，設計水深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，沉沙池渠道設計成果見表1。

表1 沉沙池段渠道設計成果表

2.2 淤區布置及設計

此次工程的主要任務為疏浚土方，完工后使沉沙池能夠恢復引水功能，而棄土安置是該項目的重要組成部分。通過實地查勘，經協商初步確定了淤區位置和面積，項目共設5個淤區，其中左岸淤區3個，右岸淤區2個，1號淤區位于小劉崗橋上游緊鄰渠道，樁號2+647～2+893，基本呈長方形，東西向最長210 m，南北向最寬80 m，長方向與渠道走向一致，地形四周高中心低，中心平均高程67.00 m，面積1.34 hm2。2 號淤區位于小劉崗橋下游緊鄰渠道右岸，樁號3+016～3+792，大致呈長方形，東西向最長779 m，南北向最寬210 m，長方向與渠道走向一致，地形四周高中心低，局部西側低，東側高，東側中心平均高程75.00 m，西側平均高程67.30 m，面積12.74 hm2。3號淤區位于渠道右岸，小劉崗橋下游約780 m，樁號3+148～3+888，蘭考干渠東北側，形狀呈三角形，三條邊邊界均為現狀道路，地勢周圍高中心低，中心平均高程68.00 m，面積11.63 hm2。4號淤區位于三營橋上游緊鄰渠道左岸，樁號4+729～5+444，外形不規則，兩端窄長，中間方正，東西向最長712 m，南北向最寬215 m，最窄28 m，中間有高崗地，低洼地平均高程66.00 m，面積0.53 hm2，5號淤區位于三營橋右岸，樁號5+435～5+681，大致呈長方形，順渠道窄，垂直渠道寬，長238 m，寬128 m，地勢平坦，平均高程66.50 m。

根據實際測量的現有淤區范圍在淤區四周填筑圍堤形成封閉空間淤土，利用淤區外邊界溝排水。2020 年引黃供水中線沉沙池清淤工程位置圖見圖1。

圖1 2020年引黃供水中線沉沙池清淤工程位置圖

2.3 水下土方清淤方案比選

沉沙條渠渠道按原設計斷面進行清淤，由于地下水位埋深較淺，大部分土方位于水下，水下土方不適于采用挖掘機開挖，根據水下土方清淤常用的施工方法，此次清淤擬采用三種方案進行經濟技術比較，從中選擇比較合理的方案。方案一：采用水力沖挖機組進行清淤；方案二：采用挖掘機和水力沖挖機組相結合進行清淤；方案三：采用挖泥船進行清淤。主要通過以下幾個方面進行方案比選：①投資經濟合理性比較；②施工技術經驗成熟性比較；③施工條件適用性比較；④施工難易程度比較；⑤是否充分利用現有設施比較。具體的方案比較見表2。

2.3.1 投資經濟合理性

方案一水力沖挖施工方法，單位土方綜合造價25.92元/m3；方案二水力沖挖和挖掘機相結合的方式，單位土方綜合造價30.45 元/m3；方案三挖泥船施工方式，單位土方綜合造價27.72元/m3，由此可見方案一的方法最經濟。

2.3.2 施工技術

方案一和方案二水力沖挖和挖掘機開挖都是目前當地較為成熟的施工技術，有現成的機械和熟練的施工技術人員，施工經驗豐富，但是方案三挖泥船在當地幾乎沒有使用過，需要新進施工設備和引入熟練的施工技術人員，經驗缺乏。因此，從經驗和技術成熟性比較，方案一和方案二方法具有明顯的優勢。

2.3.3 施工條件適用性

現狀沉沙池內土壤成份主要以細砂和砂壤土為主，并且含水量較高，挖泥船主要適用于大顆粒的土質，對于小顆粒的細砂工作效率較低，而且挖泥船主要適用于航道、湖泊、海面等大作業面施工，挖掘機對于干燥少水土質較適宜，而水力沖挖機組對砂壤土、淤泥等土質都較適用。由此可知，方案一水力沖挖機組對施工條件的適用性較強，效率較高。

2.3.4 施工難易程度

挖掘機和水力沖挖機組施工工藝較為簡單，挖泥船施工工藝相對復雜，專業性極強，需要非常專業的施工隊伍。

表2 方案比選表

2.3.5 利用現有設施

以往沉沙池清淤均采用水力沖挖機組，沿岸保存有水、電等基礎設施，方案一和二可以充分利用現有基礎設施節約投資，方案三則較少利用這些基礎設施。

2.3.6 比選結果

綜上所述，根據工程的地質情況，以及以往沉沙池清淤經驗并征求業主的意見及近些年來當地其他類似工程如水庫清淤等均采用水力沖挖機組施工，施工技術比較成熟經驗豐富且最經濟。因此，此次工程選取方案一即水力沖挖機組清淤。

水利沖挖機組施工產生的棄土含水量比較大，且根據現場調查土質主要為砂壤土和細沙，很松散，不適合隨地堆砌和隨即裝載運輸異地。根據多年的施工經驗總結，在渠道附近設置淤區，沉淀棄土，而后攤平耕作或者運走，與項目的適宜性較高，且可以有效改善附近農田的土壤性質，增強肥力，受到當地老百姓的歡迎。

3 結論

引黃中線沉沙池位于商丘市三義寨引黃灌區內的商丘干渠上，三義寨引黃灌區是河南省重點大型引黃灌區之一。

商丘干渠是三義寨引黃工程總體規劃中的最重要組成部分，是商丘部分正常灌區的主要引水通道，中線的正常引水既為灌區的農業灌溉提供了保證，同時也是商丘市城市生活用水持續穩定供給的重要基礎，對經濟發展和社會穩定都起到了不可替代的作用。

綜上所述，沉沙池清淤后，商丘干渠部分恢復原設計引水能力，為灌區正常輸水提供保障，工程的實施將發揮顯著的經濟效益和社會效益。