延安市勝利水庫清淤方案探索

翟金萍，韓 拓，袁 崢，梁林江

（1.陜西丞海水務工程有限公司,陜西 西安 710018；2.陜西省江河水庫工作中心,陜西 西安 710018）

1 勝利水庫基本情況

勝利水庫位于延安市寶塔區東南方向的松樹林鄉鄧屯村,建于20 世紀50年代,為小（1）型工程,位于松樹林川上,大壩以上主河道21 km,控制流域面積達137.5 km2,最大壩高達24.3 m,總庫容達582 萬m3,有效庫容達398 萬m3,滯洪庫容達248 萬m3,以灌溉為主,灌溉農田2.5 萬畝,兼有防洪、養殖等多種用途,還承擔著南泥灣鉆采公司的生產用水需求。

1982年水利工程“三查三定”發現：壩體填筑質量差,庫區淤積嚴重,1972年~1977年間壩體出現裂縫7 條。2003年4 月發現下游左岸和下游左側壩腳有明顯滲流出露,溢洪道底板、邊墻塊石脫落、局部坍塌。2008年水庫經過了大規模的除險加固,使得總庫容達到了395 萬m3,有效庫容達到了99.74 萬m3,調洪庫容達到了57.9 萬m3,淤積庫容達到178.80 萬m3。

2013年7 月,遭遇超百年一遇的強降雨襲擊,降雨量達460 mm 以上,水庫水位迅速上漲,溢洪道下泄流量遠遠超出設計能力,導致溢洪道下游陡坡段及消力池嚴重損毀,溢洪道砌體消失殆盡,在原溢洪道位置形成近10 余米深溝。隨后對溢洪道引水渠段進行鋼筋砼襯砌加固；新修鋼筋砼陡漕86.17 m,消力池1 座,漿砌石護坦20 m,防沖槽1 座。2018年進行安全技術鑒定,認定為“三類壩”,鑒定報告指出,水庫淤積嚴重,興利庫容不足。

2 常見水庫清淤方案

目前水庫清淤主要有水力排沙清淤、機械清淤和特殊技術清淤三種方法。水力排沙清淤方法是根據水力學與河流動力學規律,利用水流的挾沙能力,把泥沙排到指定區域達到擴大庫容目的,主要適用于有排沙底孔的水庫。鑒于清淤區域與大壩溢洪道口較遠,使得傳統的水力排沙無法有效地清除淤沙,且溢洪道堰頂的高程比較高,清淤的效果并不盡人意,不適用于勝利水庫清淤。特殊技術清淤方法中,水力虹吸清淤適用較大壩高的水庫,且清淤局限在壩前的一定范圍,且耗水量大；射流船躰流泵、氣力泵及氣動沖淤方法也不適用于勝利水庫清淤。

機械清淤技術是利用機械設備將已淤積或者進入水庫的泥沙清理出去,常規機械清淤技術主要是空庫干挖及挖泥船清淤。空庫干挖是通過在非汛期降低水位和排空水庫,采用常規挖掘機械進行淤泥的挖掘和運輸,只適用于有條件放空的水庫,不適用于勝利水庫。挖泥船則是借助不同工作裝置挖深、加寬及清理的特種船舶,可用于開挖清除水下障礙物等。挖泥船從挖出的泥沙可充填陸上洼地,常用方式主要有鏈斗式、鏟斗式、抓斗式和絞吸式等。

2.1 鏈斗式挖泥船

鏈斗式挖泥船是一種常見的挖掘機械,它的主要部件包括一條斗鏈,纏繞在斗橋的兩個部位。斗鏈通過一個動力傳遞器將斗橋的兩個部位連接起來。斗橋通過鋼絲索固定,并通過絞車將其固定到特定位置,從而實現對挖掘深度的精確控制。通過傳統的推進器斗鏈可以實現對物料的連續運輸。通過一個高速運轉的推進器來將物料運輸至指定的位置,并且可以通過皮帶機進行輸送。

2.2 鏟斗式挖泥船

鏟斗式挖泥船是一種非常先進的挖掘工具,它能夠在船體的一側安裝各種不同的鏟斗,包括索式鏟、硬臂鏟和反向鏟。它的工作原理與傳統的陸地挖掘機械非常相似,能夠更有效地完成挖掘任務。一般來說,這些鏟斗都具有不同的重量,可以用來挖掘各種性質的土壤,也可以用來清理圍墾區域,打撈沉沒的物品,并清除水下障礙。

2.3 抓斗式挖泥船

現代大型抓斗式挖泥船擁有出色的挖掘性能,結構包括船身、懸掛裝置以及各種起重機械。將抓斗從水中提起,然后將其移動至指定的卸貨位置。抓斗式挖泥船可以把挖掘物從深海或淺海的深處挖出來,而且可以在挖出泥漿后,再將挖出來的泥塊放進挖出來的泥坑里。其工作原理為：先把挖掘物放置于挖掘物的表層,然后把挖掘物放置于挖出來的泥坑里,再把挖出來的泥塊放回挖泥船里,最終實現清淤的目的。

2.4 絞吸式挖泥船

絞吸式挖泥船是當前在疏浚、清淤中應用較多的一種船型,它以船上的泥漿泵為中心,由絞刀、吸頭、吸泥管、輸泥管構成整個清淤系統,利用絞刀切割、挖掘、擊碎、攪拌挖掘物為漿體,再利用泥漿泵將泥漿吸入輸泥管運輸。挖泥船是一種常見的工程技術,它可以在多種惡劣的條件下進行挖掘。它的種類繁多,分為普通絞吸式、斗輪絞吸式和環保絞吸式等。

3 勝利水庫清淤方案

根據勝利水庫的淤積情況,考慮灌溉和供水需求,以及地形地質條件,探索用環保絞吸式挖泥船進行局部清淤。環保絞吸式挖泥船具有一機多用功能、清淤作業效率高、開挖過程環保無污染、調遣便捷限制少等優點,是底泥清淤的首選設備。利用絞刀的旋轉將水下淤泥絞松,并通過泥漿泵所產生負壓吸力把泥漿混合液抽出,最終通過輸泥管道運至指定的固化點。在作業區以定位樁為中心使工作懸臂帶動絞吸頭呈扇形移動完成定位樁控制范圍清淤,通過橫移系統換樁使兩棲式作業船整體前移,進入下一個挖泥作業區,使兩棲式作業船實現連續施工作業。若庫內存在較多的水生植物,可以充分發揮絞吸船一機多用功能,先裝置抓耙,清除水面雜草和漂浮物,然后配套絞吸頭絞吸,清除底部淤泥。

由于溢洪道位于壩體右岸,清淤范圍可靠近壩體左側以及左岸取水口附近區域,具體范圍可定為：下游邊界為防止清淤開挖影響土石壩壩體發生壩基滲透穩定,壩前清淤范圍自壩軸線向上游100 m 距離起進行清淤開挖,清淤開挖邊坡1∶3,清淤深度3 m；上游邊界考慮包含庫區左岸取水口附近的清淤,選擇在老虎溝溝口附近,即壩軸線上游約450 m 位置附近,清淤總長度約350 m；左岸邊界為了不影響水庫周邊邊坡穩定,岸坡清淤范圍自堰頂高程1065 m 等高線向內預留約20 m 范圍起進行清淤,并以1∶3 邊坡向庫區內過渡清淤開挖,清淤3 m 深度；右邊界選擇自庫區中心線位置。清淤物排至勝利水庫左岸老虎溝內,將來形成農田用于耕種。

4 結論和建議

1）勝利水庫雖然進行了除險加固,安全鑒定認定為“三類壩”,但水庫淤積嚴重,必須進行清淤處理,擴大有效庫容,確保灌溉和供水功能。

2）建議采用環保絞吸式挖泥船的水下清淤方案。環保絞吸式挖泥船,配備了先進的保護罩、智能檢測系統,定位精度和挖深精度得到保證,在絞吸作業時既可杜絕超挖欠挖,又可減少底泥在絞吸過程中的擴散,防止二次污染的發生。一次性完成淤泥挖掘、輸送、處置等清淤工序,全過程環保無污染。

3）建議本方案作為陜西省水利廳水庫清淤試點項目,加快推進水庫清淤方案的制定和實施,為陜北黃土高原地區水庫清淤探索出一條新路子。