延安市胜利水库清淤方案探索

翟金萍，韩 拓，袁 峥，梁林江

（1.陕西丞海水务工程有限公司,陕西 西安 710018；2.陕西省江河水库工作中心,陕西 西安 710018）

1 胜利水库基本情况

胜利水库位于延安市宝塔区东南方向的松树林乡邓屯村,建于20 世纪50年代,为小（1）型工程,位于松树林川上,大坝以上主河道21 km,控制流域面积达137.5 km2,最大坝高达24.3 m,总库容达582 万m3,有效库容达398 万m3,滞洪库容达248 万m3,以灌溉为主,灌溉农田2.5 万亩,兼有防洪、养殖等多种用途,还承担着南泥湾钻采公司的生产用水需求。

1982年水利工程“三查三定”发现：坝体填筑质量差,库区淤积严重,1972年~1977年间坝体出现裂缝7 条。2003年4 月发现下游左岸和下游左侧坝脚有明显渗流出露,溢洪道底板、边墙块石脱落、局部坍塌。2008年水库经过了大规模的除险加固,使得总库容达到了395 万m3,有效库容达到了99.74 万m3,调洪库容达到了57.9 万m3,淤积库容达到178.80 万m3。

2013年7 月,遭遇超百年一遇的强降雨袭击,降雨量达460 mm 以上,水库水位迅速上涨,溢洪道下泄流量远远超出设计能力,导致溢洪道下游陡坡段及消力池严重损毁,溢洪道砌体消失殆尽,在原溢洪道位置形成近10 余米深沟。随后对溢洪道引水渠段进行钢筋砼衬砌加固；新修钢筋砼陡漕86.17 m,消力池1 座,浆砌石护坦20 m,防冲槽1 座。2018年进行安全技术鉴定,认定为“三类坝”,鉴定报告指出,水库淤积严重,兴利库容不足。

2 常见水库清淤方案

目前水库清淤主要有水力排沙清淤、机械清淤和特殊技术清淤三种方法。水力排沙清淤方法是根据水力学与河流动力学规律,利用水流的挟沙能力,把泥沙排到指定区域达到扩大库容目的,主要适用于有排沙底孔的水库。鉴于清淤区域与大坝溢洪道口较远,使得传统的水力排沙无法有效地清除淤沙,且溢洪道堰顶的高程比较高,清淤的效果并不尽人意,不适用于胜利水库清淤。特殊技术清淤方法中,水力虹吸清淤适用较大坝高的水库,且清淤局限在坝前的一定范围,且耗水量大；射流船躰流泵、气力泵及气动冲淤方法也不适用于胜利水库清淤。

机械清淤技术是利用机械设备将已淤积或者进入水库的泥沙清理出去,常规机械清淤技术主要是空库干挖及挖泥船清淤。空库干挖是通过在非汛期降低水位和排空水库,采用常规挖掘机械进行淤泥的挖掘和运输,只适用于有条件放空的水库,不适用于胜利水库。挖泥船则是借助不同工作装置挖深、加宽及清理的特种船舶,可用于开挖清除水下障碍物等。挖泥船从挖出的泥沙可充填陆上洼地,常用方式主要有链斗式、铲斗式、抓斗式和绞吸式等。

2.1 链斗式挖泥船

链斗式挖泥船是一种常见的挖掘机械,它的主要部件包括一条斗链,缠绕在斗桥的两个部位。斗链通过一个动力传递器将斗桥的两个部位连接起来。斗桥通过钢丝索固定,并通过绞车将其固定到特定位置,从而实现对挖掘深度的精确控制。通过传统的推进器斗链可以实现对物料的连续运输。通过一个高速运转的推进器来将物料运输至指定的位置,并且可以通过皮带机进行输送。

2.2 铲斗式挖泥船

铲斗式挖泥船是一种非常先进的挖掘工具,它能够在船体的一侧安装各种不同的铲斗,包括索式铲、硬臂铲和反向铲。它的工作原理与传统的陆地挖掘机械非常相似,能够更有效地完成挖掘任务。一般来说,这些铲斗都具有不同的重量,可以用来挖掘各种性质的土壤,也可以用来清理围垦区域,打捞沉没的物品,并清除水下障碍。

2.3 抓斗式挖泥船

现代大型抓斗式挖泥船拥有出色的挖掘性能,结构包括船身、悬挂装置以及各种起重机械。将抓斗从水中提起,然后将其移动至指定的卸货位置。抓斗式挖泥船可以把挖掘物从深海或浅海的深处挖出来,而且可以在挖出泥浆后,再将挖出来的泥块放进挖出来的泥坑里。其工作原理为：先把挖掘物放置于挖掘物的表层,然后把挖掘物放置于挖出来的泥坑里,再把挖出来的泥块放回挖泥船里,最终实现清淤的目的。

2.4 绞吸式挖泥船

绞吸式挖泥船是当前在疏浚、清淤中应用较多的一种船型,它以船上的泥浆泵为中心,由绞刀、吸头、吸泥管、输泥管构成整个清淤系统,利用绞刀切割、挖掘、击碎、搅拌挖掘物为浆体,再利用泥浆泵将泥浆吸入输泥管运输。挖泥船是一种常见的工程技术,它可以在多种恶劣的条件下进行挖掘。它的种类繁多,分为普通绞吸式、斗轮绞吸式和环保绞吸式等。

3 胜利水库清淤方案

根据胜利水库的淤积情况,考虑灌溉和供水需求,以及地形地质条件,探索用环保绞吸式挖泥船进行局部清淤。环保绞吸式挖泥船具有一机多用功能、清淤作业效率高、开挖过程环保无污染、调遣便捷限制少等优点,是底泥清淤的首选设备。利用绞刀的旋转将水下淤泥绞松,并通过泥浆泵所产生负压吸力把泥浆混合液抽出,最终通过输泥管道运至指定的固化点。在作业区以定位桩为中心使工作悬臂带动绞吸头呈扇形移动完成定位桩控制范围清淤,通过横移系统换桩使两栖式作业船整体前移,进入下一个挖泥作业区,使两栖式作业船实现连续施工作业。若库内存在较多的水生植物,可以充分发挥绞吸船一机多用功能,先装置抓耙,清除水面杂草和漂浮物,然后配套绞吸头绞吸,清除底部淤泥。

由于溢洪道位于坝体右岸,清淤范围可靠近坝体左侧以及左岸取水口附近区域,具体范围可定为：下游边界为防止清淤开挖影响土石坝坝体发生坝基渗透稳定,坝前清淤范围自坝轴线向上游100 m 距离起进行清淤开挖,清淤开挖边坡1∶3,清淤深度3 m；上游边界考虑包含库区左岸取水口附近的清淤,选择在老虎沟沟口附近,即坝轴线上游约450 m 位置附近,清淤总长度约350 m；左岸边界为了不影响水库周边边坡稳定,岸坡清淤范围自堰顶高程1065 m 等高线向内预留约20 m 范围起进行清淤,并以1∶3 边坡向库区内过渡清淤开挖,清淤3 m 深度；右边界选择自库区中心线位置。清淤物排至胜利水库左岸老虎沟内,将来形成农田用于耕种。

4 结论和建议

1）胜利水库虽然进行了除险加固,安全鉴定认定为“三类坝”,但水库淤积严重,必须进行清淤处理,扩大有效库容,确保灌溉和供水功能。

2）建议采用环保绞吸式挖泥船的水下清淤方案。环保绞吸式挖泥船,配备了先进的保护罩、智能检测系统,定位精度和挖深精度得到保证,在绞吸作业时既可杜绝超挖欠挖,又可减少底泥在绞吸过程中的扩散,防止二次污染的发生。一次性完成淤泥挖掘、输送、处置等清淤工序,全过程环保无污染。

3）建议本方案作为陕西省水利厅水库清淤试点项目,加快推进水库清淤方案的制定和实施,为陕北黄土高原地区水库清淤探索出一条新路子。