头屯河水利工程排沙清淤方法探讨

2012-08-15马世红

黑龙江水利科技 2012年9期

关键词：屯河沙量排沙

马世红

(新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆昌吉831100)

头屯河水利工程排沙清淤方法探讨

马世红

(新疆水利厅头屯河流域管理处，新疆昌吉831100)

对头屯河水库各项工程情况、供水要求以及运行方式和淤积规律进行了规律性分析，初步提出了符合头屯河水库现阶段通过高渠水利冲沙、异重流排沙、水利机械清淤等多种排沙方式，制定出周期性汛期排沙，汛末蓄水兴利的运行方式，力争最大限度地发挥头屯河水库水利工程兴利除害的综合功能，对山区水库的排沙减淤和科学合理调度运用有很好的启示作用。

水利工程;排沙清淤;运行方式;方法研究;头屯河水库

0 引言

新疆头屯河水库位于天山北坡，距乌鲁木齐市及昌吉市各约30 km处，该水库是一座以农业灌溉，结合城镇生活供水、工业用水、防洪等为一体的综合利用的拦河式水库。水库投入运行十几年，开展了下游两岸灌区事业，并给城镇及工业用水提供了可靠的水源。头屯河灌区不仅是自治区重要的粮棉基地、乌市和昌吉市重要的菜篮子基地，而且还是自治区重要的钢铁、水泥、轻纺工业基地。头屯河水库枢纽由心墙土石坝、溢洪道、泄水涵洞、泄水隧洞以及下游分水枢纽五大部分组成。该水库于1965年开始修建，1981年基本建成，1983年竣工，1978年开始部分蓄水，设计库容2 300万m3，由于历史原因，头屯河水库是个典型的“三边”工程，工期长达十几年之久，水库建成后，即成为一座病险库，长期带病运行，险情逐年恶化。截止2001年底，泥砂淤积量仍然很大，有效库容仅有1 067万m3，水库防洪渡汛能力大为下降，达不到设计要求，水库目前正濒临报废的危险，其安全问题日趋突出，防洪标准大大降低，目前仅能防御30 a一遇洪水，已严重威胁大坝安全。

1 头屯河水库存在的问题

1.1 泥沙危害

头屯河是一条山溪性多泥沙河流，由进、出库试验站实测资料可见，头屯河入库泥沙量变化较大，平均为87.8万t，而且高度集中在汛期，5～8月的进库沙量占入库沙量的92.7% ～99.4%，其中尤以7月份入库沙量最大，占全年入库总沙量的55.19%，日均最大含沙量为68.1 kg/m3(1995年7月14日)。头屯河水库自开始蓄水，多年来，水土流失严重，河水泥沙含量大，造成水库泥沙大量淤积，水库功能下降，严重影响着下游灌区经济的发展。为保证八钢工业供水水质要求(含沙量＜5 kg/m3)等多方面原因造成了头屯河水库的淤积严重，加之头屯河区近10万居民的生活用水需求，水库一直未能按照“蓄清排浑”的方式运行，至2001年底，泥砂淤积量仍然很大，有效库容仅有1 067万m3，水库防洪渡汛能力较低，达不到设计要求。不仅兴利调蓄能力日益降低，而且危及水库本身防洪安全，直接影响到水库的使用寿命，显而易见，头屯河水库的排沙清淤工作已迫在眉捷，解决这个问题有着显著的社会效益、经济效益。

1.2 工农业供水与排沙的矛盾

头屯河水库淤积严重，排沙减淤迫在眉睫，头屯河水库为保障八钢工业用水水质是排沙的前提。供水浊度——含沙量＞5.0 kg/m3，就超过了工业净化水的处理能力，造成工业停产。工业供水常规供水方式是由水库隧洞支洞供给，隧洞进口底高程961.0 m，比泄水涵洞底高程949.1 m仅高11.9 m，在不同水位和流量下控制浑水不进入隧洞还有待于进一步实践研究，必须密切观察水质，有必要随时切换其他非常规供水方式。由于头屯河水库淤积采用新的运用方式排沙，造成出库泥沙含量大和引水工程受泥沙磨损而产生新的工程隐患，同时造成灌区渠系和农田的新的淤积，使水利工程效益降低，农田沙化和土壤退化，将会影响到下游农业灌区的经济发展。为解决水库的淤积问题，必须改变原有的运用方式，改为蓄清排浑运用。既调节水量，又调节沙量，淤积速度也会减缓或保持一个大的长期使用库容。但为了保证工业用水水质，现有工程体系保障度低:①大库供给系统受汛期防洪和水力冲沙要求的约束，在汛期无法正常发挥其常规供水方式的作用;②库外供给系统受水工程标准低因素的制约，汛期发挥应急供水方式作用的能力差。

2 水库排沙清淤的方法

2.1 高渠水力冲沙

利用水库泄空后的高滩深槽，形成大比降冲刷。水库放空后，在库前附近，修建临时挡水低坝，将河道基流引入沿库周围的高渠内，居高临下泄水冲滩，恢复库容。

2.2 异重流排沙

头屯河水库异重流排沙，当上游监测到有高含沙浑水入库时，即入库水流浊度达到1 500 ntu，流量达到12 m3/s时，在6～8月入库流量较大，更适合异重流排沙的条件，此时排沙能够取得良好的效果。可先打开底洞按洪峰来水量开始小流量排沙，避免异重流抵达坝前的过程中形成浑水扩散，当入库水流以异重流形式出库后，再根据入库洪峰流量调节出库流量，确保库水位没有大的变化，控制在滩槽内。入库流量增大，则调整涵洞闸门加大出库流量，入库流量减少，则调闸减少出库流量，合理控制库水位。

2.3 机械辅助清淤

在水库库区回水末端淤积物以粗颗粒推移质为主，水力冲沙没有效果，也无地形条件，采用机械开挖，车辆拉运方式清淤，首先为水力冲沙等其它清淤方式创造有利的清淤地形条件，同时推移质颗粒物质可作为建筑材料，即增加了经济收入，又减轻了水库危害。2003—2005年间头屯河水库利用机械清淤68×104m3。减少了推移质泥沙对涵洞底板的危害，延长了工程使用寿命

3 排沙调度研究的意义

1)对头屯河水库排沙调度进行研究，自1999年开始调水排沙清淤以来，水库库容已从1998年580万m3恢复到2008年的1 830万m3，恢复有效库容1 250万m3，水库延长了使用寿命，增强了防洪抗旱能力，提高了工、农业供水的保障。通过各种排沙清淤方法，是解决水库淤积问题的最根本措施，为未来水库在正常运用状态下的常年排沙打下了很好的基础，优化水库运行模式，也为水库除险加固工程创造有利的施工条件，为相似水库的排沙清淤提供了范例。因此，头屯河水库调水调沙调度的研究并在实践中加以运用，具有重要的意义。

2)解决水库淤积问题最根本的措施是进行排沙调度，通过各种方法排沙清淤。头屯河水库具备良好的排沙条件，但是排沙与给八钢供水有矛盾，因此，要进行有计划的排沙工作，首先必须解决八钢的供水问题。在河道来水含沙量不太大时，通过暗渠给清水池注水，经过清水池沉淀，使水质变清。当暗渠来水含沙量＞5 kg/m3时，启用清水池，用水泵从清水池中抽取清水掺入暗渠，使之满足供水要求。当河道来水含沙量很高，无法利用时，清水池也可单独供水4 d左右，若循环使用可供应8～10 d。这样就基本上解决了水库排沙期间的八钢供水问题，为水库排沙清淤创造了条件。

4 水库排沙的时机选择

头屯河水库淤积严重，在运行中选择合适时期排沙，既要保证下游农作物淤积危害降到最小限度，同时又有足够的水量来排沙，7月份作为主汛期，来水量占全年的60%，来沙量占全年来沙量的55%，而此时农作物已进入成熟期，小麦等作物已收割。即使用部分含沙量大的水进入灌区也不会对农作物产生太大的危害。根据近几年农作物用水情况，一般在10月下旬、10月上旬秋灌结束，此时冬蓄水应根据水文资料及水情分析、水库库容选择合适蓄水水位，既保证冬季不因水库蓄满造成溢洪道溢洪或开闸泄水，也不能冬蓄水弃水过多，造成第二年水库蓄不到合理水位，造成春洪用水紧张。