王家崖水库排沙减淤实践与成效分析

2014-08-15虎新星

陕西水利 2014年5期

虎新星

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局陕西咸阳 712000）

1 水库基本情况

王家崖水库位于渭河支流千河下游，原设计总库容9420万m3，坝址以上流域面积3288km2。坝址上游15km处有冯家山水库，总库容4.27亿m3，控制流域面积3232 km2，两库区间流域面积56 km2，河道径流基本被冯家山水库截断，入库水量主要依靠宝鸡峡塬上总干渠充蓄，灌溉用水时再抽库水济渠。

王家崖水库是宝鸡峡灌区现有6座调蓄水库中库容最大、调蓄能力最强、在灌区中地位最为重要的一座。水库枢纽工程由土坝、溢洪道、进水道、放（引）水洞、坝左自流引水口及坝后抽水站等组成。水库以灌溉为主，兼防洪、养殖、旅游等其它效益。

2 泥沙淤积现状

王家崖水库建成于1971年，水库原设计总库容9420万m3（高程602.26m），调洪库容1346万m3，死库容450万m3（高程583.0m）。经多年运用，目前水库库容4506万m3，淤损率近50%，平均每年减少库容160万m3。

王家崖水库泥沙来源有两个：①上游来沙，主要是上游冯家山水库汛期泄洪排沙，使库区集中淤积，尾部明显抬高；②干渠充库泥沙：由于进水道距离溢洪道、放水洞进口位置较近，致使引渭干渠充库泥沙在溢洪道进口淤积，最大时高出溢洪道堰顶2.5m，严重影响了溢洪道闸门的正常运用和水库安全泄洪；同时，干渠充库泥沙落淤于放水洞进口，形成一个沿坝轴线方向长400余m，宽近100m，高程达598.0m的一道沙岭，使冯家山排泄进库的大量泥沙和高程597m以下近800万m3的库容不能排出。以上两种来沙淤积加速了水库有效库容的衰减，使水库的使用寿命大打折扣，同时也严重影响了水库正常功能的有效发挥。

3 水库排沙减於实践

3.1 气力泵清淤

1978年至1984年，水库管理单位在当时水电部、黄委会、省水利厅的大力支持下，开展气力泵清淤试验研究。研制成功QB-90/10型气力泵清淤船，主要由双泵体、电磁空气分配器和空压系统等组成，并用水下旋耕铰刀代替行星式铰刀，可实现垂直开挖和平移开挖，使清淤平均浓度达45%（重量比628kg/m3），单船年清淤能力可达13万t左右，排浑距离最远达221m。按1984年物价核算，排沙单耗为0.6元/m3。

3.2 浑水清淤

1987年，水库管理单位在总结以前排沙减淤措施的基础上，提出了“控制泥沙入库，降低淤积速度；改变运用方式，水沙同时调节”的水库运用方式；并按防治并重，综合治理，立足当前，设想长远的原则，提出了“滞洪排沙、泄空冲刷、基流冲刷和横向冲蚀相结合，为异重流排沙创造条件，以达到主槽冲淤平衡”的长期治理方案，以达到“既要控制泥沙入库，降低淤积速度，延长现有有效库容的使用时间，又要排除前期淤积，恢复部分库容”的总体治理目标。

具体采取的措施包括：①降低充库水沙限：根据多年充库水资料计算分析，将进库沙限调节为春灌1%；夏灌1.5%；冬灌2%；与原定3%相比，可相对减少入库泥沙50%左右，多年来淤积速度有所减缓。②布网观测，提供准确数据：库区布设淤积观测控制网，共布设10个断面，6个控制桩，24个断面桩，采用断面地形结合的方法，每年测一次，并作了1/1万的大比例尺测图，结合进出库流量、进出库泥沙、水库水位等项目观测，分析整理，为排沙提供科学依据。③泄空冲刷试验：1989年1月10日至15日，利用检修放水洞闸门的机会，开展了一次泄空冲刷试验，当时出库最大含沙量为73kg/m3；冲掉了放水洞周围约1万m3泥沙；在洞前形成平行于坝轴线方向长约700m，宽约50m，最大深为7m的槽口，放水洞前原淤成的沙坝被拉开缺口，使当时库水位可降至595m。通过这次试验，验证了泄空冲刷的可行性，同时也为异重流排沙创造了条件。④异重流排沙试验：1992年8月12日，上游冯家山水库异重流排沙，泄流80m3/s，平均入库含沙量135kg/m3；共排沙77.5万t。王家崖水库在当日出现异重流时，及时开启放水洞泄水（10m3/s）排沙，平均出库含沙量1236 kg/m3，至14日结束，共历时35小时，排沙15.6万t。

3.3 挖泥船清淤

从2013年开始，灌区管理单位通过对王家崖水库和灌区的来、用水过程进行分析论证，结合水库运行条件、水量供需平衡和调节计算，提出了前期年水下清淤10万m3，后期年清淤100万m3，清淤规模4000万m3的总体目标。

其中前期共试点3种清淤方案：①环保绞吸式挖泥船清淤，挖泥船总流量2200m3/h，每小时产量250m3，主机680kW，清淤水体含固率10%～15%左右，估算清淤单价约17.35元/m3。②履带式挖泥船清淤，船长15m，下挖深度3m，配柴油机2台，功率约190kW，日最大清淤量1500m3，清淤体含固率80%左右，估算清淤单价约8.49元/m3。③潜水排污泵清淤，自制托泵浮船(操作平台)和排沙管道一套，主要包括浮船、龙门架、升降机、潜水排污泵、浮桶、浮管等设施。配套水泵功率22kW，清淤水体含固率4%左右，日清淤量约48m3，估算清淤单价约30.2元/m3。

4 水库排沙减於成效分析

4.1 气力泵清淤

王家崖水库的气力泵清淤试验研究工作基本是成功的，但限于当时的机械化普及程度，多数人认为成本还比较高，设备规模小，出库淤积量还不完全具备清淤扩容之意义。使用范围限制于底孔、放水闸、电站进水口附近狭窄水域的深水处清淤及水库综合排沙。对大型水库支流的拦门坎可以开挖壑口，保证水流畅通；对渠库结合工程清淤可结合抽灌，将泥浆从库底抽入渠道，既不因清淤消耗水量，也不受来水来沙等因素影响；对采用异重流排沙、滞洪排沙等措施的水库，定点清除水库底孔淤堵、放水洞口淤堵，保持冲刷漏斗，提高排淤效果。

4.2 浑水排沙

王家崖水库位于渭河支流千河下游，土坝总长1816 m，坝高24m。自上游15km处的冯家山水库被确定为宝鸡市城市供水主水源地后，除汛期冲砂外，常年基本无径流下泄，库水主要靠引渭河径流充蓄。且渭、千河均发源于西北黄土塬区，径流含沙量较大，所以王家崖水库是典型的平原型宽浅式浑水水库。

泄空冲刷与异重流排沙均属浑水排沙技术，除要求泥沙粒径较大外，均需要消耗较大水量，而这一点至少在短期内王家崖水库是难以实现的。加之王家崖水库仅在坝右部有两条并列的泄水（沙）管（内径1.8m），相对于1816 m的总坝长，也很难实现较好的排沙效果。

4.3 挖泥船清淤

水库现阶段试点开展的3个方案的挖泥船清淤作业初步以淤积面以下最大5m为限，在库面分片区开展工作，各方案进展顺利。与其它清淤方式比较，现阶段采用挖泥船清淤具有以下几个优势：①不会造成下游河道二次污染，所挖泥沙经分离后，淤泥可用以覆土造田或制作烧结砖，沙石为通用建材，满足生态环保要求；②基本不消耗越来越有限和宝贵的水资源；③随着工程机械设计制造水平的提高和应用范围的普及，清淤费用已与新开发水源投资基本相当，为一些作用重要的水库工程的挖潜改造、改善恢复调蓄能力提供了更多可行条件。