泥沙淤积治理技术集锦

2018-03-26董耀华

水利水电快报 2018年3期

1　DHI研究所MIKE模型软件

DHI(丹麦水力学研究所)研发的水库模拟系列软件可以加强水库泥沙的治理，这些模型的适用范围覆盖了小型径流式水库至大型蓄水式水库，适用于几乎任何形式的闸门、溢洪道和取水口。这些模型还可以用于比选方案的测试，进而有效地应用于工程设计与运行的优化。

DHI适用于水库模拟的系列模型包括以下几类。

(1)MIKE11一维模型：用于河道及类似水体的悬移细沙与推移粗沙的输移模拟，适用于狭长型水库。

(2)MIKE21二维模型：用于浅水泥沙与变形模拟，主要适用于浅水径流式水库，曲线网格模型版本特别适用于长时段模拟。

(3)MIKE3三维模型：用于包括深水蓄水式水库的各类水体的泥沙输移模拟。

具体而言，DHI研究所提供的研究包括：

(1) 现状数据的分析和现场工程的设计与施工；

(2) 基于流域模拟与资料分析的泥沙分析；

(3) 水库泥沙淤积形态评估、水库冲沙分析及其效果与环境影响分析；

(4) 径流式与蓄水式水库淤积预防措施设计；

(5) 径流式水库泥沙处置优化；

(6) 泥沙全过程治理；

(7) 下游河道冲淤影响；

(8) 气候变化影响。

2　SediCon公司疏浚机

SediCon公司研发的疏浚机可以为取水池和水库提供可靠的泥沙清淤技术。它采用重力驱动，具有高效率与低水耗特点；采用“定制”设计疏浚水库，适用于长距离输沙，且满足任何需求流量。

取水池、日峰调节水库和大型蓄水式水库通常泥沙淤积严重，淤积泥沙常为细沙和沙质，但也可能涉及黏粒、卵石、漂石(包括各类泥石流)。SediCon公司表示可为每项工程提供“定制”疏浚机，疏浚机由吸头(专利)、移动式外管和轻便操作阀组成。

推荐的水力吸沙清淤装置的主要原理是：利用水库水位与泄水外管之间的可利用水头差，泵吸水沙。为避免损失发电用水，疏浚工作适宜在河流有剩余水量时进行。

操作阀系统包括：上游端连接吸头的管道，通过阀门操作使其可以在各类水体表面自由移动；而在下游端，可移动管道穿越水坝与外管连接，并在水坝下游侧设有出口。操作阀还起到吸头绞盘与操作系统和装置操作与锚固系统的协调作用。

吸头的创新在于其特殊的吸沙设计，确保了外管恒定的高含沙状态，并自动维持含沙量与吸沙力之间的平衡，因此吸头能够运用于深水或难以接近的区域，且消除了管道堵塞的风险。

连接吸头的可移动管道保证了其灵活性，有利于移动吸沙，通过改进吸沙管道，可以达到吸排粗沙的目的，并且已在挪威以外世界各地的大量工程中进行了全面测试。

疏浚运用期间，在穿越水坝所有出口中至少有一个较优出口，在实际水位以下所有高程中至少有一个较优高程。SediCon疏浚机还可以代替倒虹吸得到运用，此时外管翻越水坝。SediCon疏浚机的最大设计长度为1 000 m；疏浚含沙量取决于有效水头与泥沙特性，但典型含沙量区间为160～400 kg/m3。

疏浚泥沙包括粘性黏土(瞬时剪切力200 kPa)、细沙、沙质、砾石、卵石与漂石(最大粒径dmax=400 mm)。通过“定制”设计，这一泥沙范围甚至还可以得到进一步突破。

3　HR Wallingford公司模拟软件

HR Wallingford公司一维模拟软件RESSPASS平台系统可用于长时段水库泥沙淤积与冲沙计算，该软件考虑了各种水库模拟选项，采用特殊水力学“引擎”模块模拟低能坡水流运动，采用特别方法模拟细沙与黏土输移。目前，该软件已经在世界各地水库淤积研究中得到了成功应用。

该软件平台系统基于建模员储存、组织和运行模型与工具的“集装箱”，平台流程采用某一具体模型或工具的标准化运行方式，流程允许一组模型在一个单一图形用户界面和一种可控制、可重复和可监控方式下使用。平台系统内置质量保障体系，以提高建模员的使用效率。

HR Wallingford公司在自行研发中已开发了系列平台流程以供使用，目前平台系统已向其他组织开放。使用者既可利用已建立的平台流程，也可与另外的数值模型一起使用。该公司表示：平台流程的启用很简单，公司网站提供教程指导使用者创建流程；该平台系统可在微软系统平台上运行，也可以在本地或远程微软系统或者基于HPC/HTC协议的非微软系统上进行操作和提交数值模拟任务。