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水利工程论文-丹江口水库排沙清淤方法探讨.doc

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水利工程论文-丹江口水库排沙清淤方法探讨.doc

水利工程论文丹江口水库排沙清淤方法探讨摘要丹江口水库作为南水北调中线工程的源水库,延长其使用寿命、保证其长久良好地运行,不但有重要的经济意义,而且有更重要的社会意义。排沙清淤是保证丹江口水库能长期运用良好的重要措施。根据丹江口水库的自身特性,在变动回水区及其附近进行防治型排沙清淤是治理库区淤积泥沙的有效途径,与传统的坝前治疗型排沙清淤相比有许多优越之处。关键词丹江口排沙清淤1前言闻名中外的都江堰已有两千多年的历史,它之所以能长期运用良好,其中有一个主要原因是在岷江的出山口处的江心垒砌的鱼嘴因势利导分水、分沙在引水口上江湾凸岸处修建的飞沙堰有利排沙平均每年人工清淤近100万m3。可见都江堰枢纽非常重视泥沙处理,也正是排沙清淤保持了该枢纽工程的生命力。还有一些运行良好的水利枢纽工程,也都修建了排沙工程和采取了清淤措施。因此可以说,排沙清淤是保证水利枢纽工程能长期运用良好的主要措施。丹江口水库是一座大型蓄水型水库,绝大部分来沙被拦蓄在库内,大量的淤积泥沙对水库的正常运行构成了潜在的威胁,消除这种潜在威胁的主要方法是排沙清淤。丹江口水库,在减少入库泥沙方面已做了大量的工作,如水土保持、小流域治理、子水库修建和支沟拦沙等,但在清除进入水库和已淤积在水库中的泥沙方面,还没有引起足够的重视,基本处于任其发展状况。本文根据丹江口水库的自身特性,论述了丹江口水库排沙清淤的必要性提出了在丹江口水库变动回水区及其附近修建排沙清淤工程和采用机械挖沙清淤以及多种方法有机结合清淤的设想,并对其布置方法进行了探讨。2丹江口水库排沙清淤的必要性2.1丹江口水库水沙特性和淤积状况座落于汉江中上游、丹江入汇口下游0.8km的丹江口水库,是丹、汉两江并联水库。控制汉江流域面积9.5万km2,占汉江流域面积的60%坝址多年平均径流量为398亿m3(黄家港站19541990年),占汉江流域总径流量的70%。坝址多年平均输沙量1.15亿t。丹江口水库死水位139m,相应库容为72.3亿m3正常蓄水位157m,相应库容174.5亿m3(汉江占54%,丹江占46%),相应回水长汉江库区177.6km,丹江库区85km。根据多年的实测资料可知,丹江大坝蓄水后98%的来沙被拦蓄在库区内。按每年1亿t来沙量计算,从1968年蓄水至今,淤积在库区内的泥沙约20亿m3,占死库容27.7%,占总库容11.5%。丹江口水库的淤积泥沙,在20世纪90年代以前主要分布在变动回水区和变动回水区与常年回水区的交界处。1983年特大洪水之后,近20年中,大多年份水库来水为平、枯水年,每年有较长时间处于低水位以下运行。长时间低水运行,导致变动回水区在河流的造床作用下形成了新的天然河道形态。在新的天然河道中,有的河段已达到平衡状态,有的已达到准平衡状态。变动回水区的这种演变发展,使得入库和原变动回水区的大量泥沙快速移至常年回水区,结果加快了有效库容的淤积速率。如果这种情况继续下去,将会影响水库的正常运行。2.2丹江口水库排沙清淤的必要性丹江口水库虽在规划设计中预留72.3亿m3的死库容作为堆沙库容,这自然不失为解决泥沙淤积问题的一种途径,甚至是现时可行之途径。但来沙无尽,库容几何由上述水沙特性和淤积状况资料可知,丹江口水库库容损失的速度是惊人的,如果任其发展,在不远的将来丹江口水库会成为一座堆满淤泥的死库,到那时,将给汉江流域乃至中国带来不可估量的损失。因此,对丹江口水库进行排沙清淤治理是非常必要的,也是养护丹江口水库库容的必然选择之法。对于蓄水型的丹江口水库,在库容养护方面,最理想的做法是在水库开始蓄水运行时就应该开展投资少、施工难度小、见效快的防治型排沙清淤治理(防治型排沙清淤是指库区淤积泥沙对水库的运行不足以构成威胁时所进行的排沙清淤治理)。也就是说要未雨绸缪,积极防护,不能把调节库容淤满时出现的问题(也是难以解决的问题)留给子孙后代来解决。丹江口水库运行30多年,死库容淤积近1/3,现开展清淤治理已属晚矣。但淤积泥沙还未影响到水库的正常运行,尚能尽快实施,还能较容易地遏止泥沙淤积向常年回水区扩散的趋势否则隐患丛生、治理就更加困难。因此,对丹江口水库进行排沙清淤治理,不但势在必行,而且还应尽早实施。2.3排沙清淤的社会效益和经济效益丹江口水库作为南水北调中线工程的源头水库,在南水北调中线工程竣工运用后,防洪、调水将成为水库的主要功能。防洪、调水产生的社会效益和经济效益是巨大的。而满足正常防洪、调水是以一定库容作基础。保证一定库容的重要措施是排沙清淤。因此,清除丹江口水库库区淤积泥沙,保证水库具有一定库容、延长其使用寿命,不但有重要的经济意义,而且有更重要的社会意义。然而,对处于正常运行水库进行排沙清淤,往往得不到人们的重视。有一个重要原因是人们认为清除库区中淤积泥沙的费用高于修建同体积水库的费用。对此,笔者有不同的看法。笔者认为大型水工建筑物对地址的选择上往往具有惟一性。也就是说,在某个流域内某一位置所修建的水利枢纽,其效能具有唯一性。例如当丹江口水库淤死废弃后,在汉江流域很难再建一座与丹江口水库效能等同的水库。另外,淤死废弃后的水库不但不能创造效益,而且还会危害环境,还需投入治理和管理费用。因此,清除库区中淤积泥沙所产生的效益是长远的,是不能与修建同体积水库的费用等比的。况且还可采取早期治理、分散投资和对清除物综合利用来降低成本投入。3水力排沙清淤3.1丹江口水库水力排沙清淤概况水力排沙清淤是根据水流的运动规律,利用水流所具有挟沙能力的特点,按照人们的意愿,通过水工建筑物把库区的泥沙排到指定的区域内。在利用水力排沙方面,丹江口水库采用深孔泄洪排沙。深孔泄洪排沙,只能排走坝前淤积泥沙和少量悬移质泥沙。此排沙法是以减少蓄水量为代价。从30多年的实际运用情况看,收效甚微,而且向下游排泄泥沙会危害下游王甫洲水利枢纽和下游河道环境(现在多数河流实行梯级开发,由上游水利枢纽向下游排沙的做法已不可取)。另外,南水北调中线工程竣工后,大坝加高和大量调水使泄水机会将大大减少。因此,利用大坝泄水排沙在丹江口水库将难以发挥作用。根据入库泥沙大部分先落淤在变动回水区,而后在汛、枯期和丰、平、枯水年份的周期交替中,不停地、循环地、一次次地把泥沙从水库变动回水区的浅水区搬运到深水区,直至水库被泥沙淤满为止这一规律。笔者提出在丹江口水库变动回水区及其附近,修建水力排沙枢纽工程,使河流泥沙在未入库前就被排走。3.2修建旁引蓄沙水库在库区河道岸旁的沟谷、山川中,利用有利地形修建引洪蓄沙水库。在洪水期将泥沙引入库中沉蓄,澄清后的库水或再引入主库或作他用。利用旁引蓄沙水库可排走推移质、悬移质等入库泥沙。旁引蓄沙水库库址选择。旁引蓄沙水库库址应选择容积较大、地质结构比较稳定的沟谷、山川。丹江口水库上游河道为山区河道,两岸山谷纵横,有适合修建旁引蓄沙水库的沟谷、山川(如处于西峰咀河段的五峰区的川谷地带)。如果澄清后的库水不再引入主库而作他用时,最好把库址选择在外流域。旁引蓄沙水库引水口所处河段位置选择。旁引蓄沙水库引水口所处河段位置应按排沙种类进行选择。以排走推移质为主的引水口,可布置在变动回水区上部(如天河口至白河段)以排走中细沙和悬移质为主的引水口,可布置在变动回水区的下部(如花梨弯至天河段)。旁引蓄沙水库引水口布置。可根据泥沙运动规律,巧妙地借助地形优势来布置旁引蓄沙水库引水口。如天然弯道是布置推移质排沙清淤工程理想之地。利用弯道产生横向环流原理,水流在弯道内流动时产生离心力,表层水流向凹岸,处于底层挟带推移质泥沙的水流流向凸岸。由此,可在弯道的凸岸布置旁引蓄沙水库引水口,即形成正面排沙侧面引水的布置形式。3.3引洪淤灌用洪用沙丹江口水库灌渠引水口象其他水库一样也布置在水库下游的坝前附近。由于丹江口水库坝前附近大多时间为清水,所以灌区的农田基本上是常年清水灌溉。如果把灌渠引水口布置在水库上游变动回水区与常年回水区交界处(如神定河至堵河口及其附近),引水渠充分利用有利地形沿水库边向下游延伸,然后与陶岔、清泉沟引水灌渠相连,构成引水排沙、灌溉枢纽网络系统为了多排沙也可

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