黄河挖河清淤输浚综述
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黄河泥沙特点及治理实践评述黄河泥沙特点及治理实践评述黄河,全长约5464公里,流域面积约79.5万平方公里,是中国境内长度仅次于长江的河流,它发源于青海省青藏高原的巴颜喀拉山脉北麓的卡日曲,呈“几”字形流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南及山东9个省,最后流入渤海。
在中国历史上,黄河及沿河流域的人类文明带来很大的影响,是中华民族最主要的发源地之一,所以中国人一般称其为“母亲河”。
黄河是中国第二长河,世界第五大河。
目前的研究状况及进展一、黄河由于中段流经中国黄土高原地区,因此夹带了大量的泥沙,所以它被称为世界上含沙量最高的河流。
笔者经阅读多篇论文对黄河水沙的基本特点和变化趋势概括如下:(一)黄河水沙基本特点1.深化和完善,水少沙多,含沙量高黄河是世界罕有的多沙河流,实测年平均水量464亿m3,沙量15.6亿t,平均含沙量33.6 kg/m3,年沙量和含沙量是中国各大江河之首。
黄河的水量不及长江的1/20,沙量却是长江的3倍。
像黄河这样沙量大、水量少、含沙量高的河流,在世界大江大河中是罕见的。
2.水沙异源,分布不均黄河流域自然地理条件差别较大,水沙来源地区分布非常不均。
水量主要来自河口镇以上,占总水量的54%,而且是清水,该地区来沙量仅占到总来沙量的9%;沙量主要来自河口镇~龙门区间,来沙量占到55%,来水量仅占14%。
黄河上游的水量主要来自贵德以上。
而产沙集中在中游的黄土丘陵沟壑区,黄河的泥沙和粗泥沙总量中,约有3/4集中在11和10万km2区域,其中一半又分别来自5和3.8万km2区域。
3 . 水沙年际变化大,年内分配不均匀黄河水沙存在丰、枯水年交替出现,年际变化大的特点,如花园口站实测水沙量变化过程出现了1922~1932年11年和1969~1974年连续6年的枯水系列。
由于暴雨落区的不同来水并不完全与来沙同步,出现各种丰、平、枯水沙年组合。
水沙量年际间差别较大,年水量最大最小的比值约为3.1~3.4,年沙量最大最小的比值约为4~10。
简述黄河改道的过程和特点黄河,是中国第二长河,也是中国的母亲河,它的发源地位于青海省巴颜喀拉山脉的冰川之中。
黄河自古以来一直是中国的重要水系,对中国的经济、文化和社会发展起到了重要的推动作用。
然而,由于黄河的泥沙淤积、水患频发等问题,黄河改道问题也成为了一个亟待解决的问题。
下面我将简要介绍黄河改道的过程和特点。
黄河改道是指黄河自然河道发生变迁,导致水流改道的现象。
黄河改道的过程可以分为自然因素和人为因素两个方面。
自然因素包括地壳运动、气候变化和河道淤积等,这些因素会导致黄河的水位、水流速度和水沙含量发生变化,从而影响黄河的河道走势。
人为因素主要是指人类的干预活动,包括修建堤坝、挖掘渠道和改变流向等。
这些人为干预活动会直接改变黄河的水流方向,引起黄河改道。
黄河改道的特点可以总结为以下几点:1. 频繁性:黄河改道是一个长期存在的问题,自古以来黄河就经历了多次改道。
根据历史记录,黄河自秦汉时期以来就经历了至少200多次改道,其中规模较大的改道有30多次。
这是由于黄河河道的不稳定性和泥沙淤积等自然因素造成的。
2. 不可预测性:黄河改道的具体时间和地点很难预测。
由于黄河水系复杂、河道变化多端,加上自然因素和人为因素的相互作用,黄河改道的具体情况很难预测。
这给黄河流域的人们带来了很大的不确定性和风险。
3. 影响范围广:黄河改道会对周边地区的生态环境、经济发展和社会稳定产生广泛影响。
改道后的黄河会改变原有的水质、水量和水位,对周边农田的灌溉和城市的供水都会产生影响。
此外,黄河改道还会导致河道两岸的土地利用发生变化,对当地的农业、工业和居民生活带来一系列问题。
为了应对黄河改道带来的问题,中国政府采取了一系列措施。
首先,加强河道管理和维护工作,包括清淤、疏浚和加固河岸等。
其次,修建堤坝和水库,用以控制黄河的水流和水位,减少水患的发生。
此外,还进行了一些大规模的工程,如修建人工渠道和调水工程,用以引导黄河的水流,减轻水患的影响。
探析河道治理中的清淤及淤泥处理技术发表时间:2019-07-30T11:00:21.323Z 来源:《防护工程》2019年8期作者:孙志勇[导读] 随着河道环境的加剧,环保清淤工作与处理技术得到了重视和应用,对提高水质具有积极影响。
湖北省工程设计研究院有限公司湖北省武汉市 430000摘要:随着河道环境的加剧,环保清淤工作与处理技术得到了重视和应用,对提高水质具有积极影响。
现阶段,河道清淤技术越来越灵活、多元化、综合化,在清理河道淤泥的同时保护了自然环境。
为此,河道治理中的清淤与淤泥处理技术研究逐渐深入,通过有效手段与技术妥善处理确保河道清淤工作的有效开展。
关键词:河道治理;清淤;淤泥处理技术;应用方法一、河道清淤技术概述目前,清淤技术逐渐趋于综合化、系统化趋势。
河道清淤的根本目的是提高水环境,清除河道底污泥污染物并解决淤泥问题。
在清淤前进行底泥勘查并确定河床河道形状,进行底泥采样确定污染物是否超标。
然而在实际工作中,以上工作经常被忽视导致河道清淤处理效果较差。
同时,清淤还要根据淤泥性质、数量范围确定清淤方案、淤泥处理技术与尾水处理形式,使用适合的清淤施工设备,清理淤泥从而降低河道污染率。
(一)排干清淤该项技术适合应用流量小的河道,即在河道施工段设置围堰,当河水排干后挖掘清淤。
排干清淤分为干挖与水力冲刷,干挖清淤技术指的是:河道排水后挖掘河底清理淤泥。
若河道河提较宽,清淤施工与临时排放区域距离较大可安排中转设备,比如:挤压式泥浆泵、混凝土输送泵,把挖出的淤泥运输到排放点。
该技术具有直观、清晰特点,能够从根本上清除河底淤泥,施工效果良好且设备要求低,清出的淤泥含水率低,后续处理方便。
不过,河水排出过程复杂、成本大,只限于非汛期施工,施工时间控制难度大。
水力冲刷清淤技术指的是:利用高压水枪清理底泥,扰动底泥后成为流动性泥浆汇集至低洼区后吸走。
该技术运输简单、机械设备要求较低、成本投入少。
不过,因为泥浆含水率使得后续处理困难。
河道清淤疏浚施工现状及常见问题发布时间:2023-07-26T02:53:13.712Z 来源:《新型城镇化》2023年16期作者:刘颖张琳[导读] 河道是城市的重要组成部分,也是城市防洪排涝体系中的重要一环。
但是随着时间的推移,河道淤积逐渐加重,阻碍了河道的正常运行,增加了城市防洪排涝压力,对城市建设造成不良影响。
淮安市淮安区茭陵抽水站江苏省淮安市 223000摘要:河道是城市的重要组成部分,也是城市防洪排涝体系中的重要一环。
但是随着时间的推移,河道淤积逐渐加重,阻碍了河道的正常运行,增加了城市防洪排涝压力,对城市建设造成不良影响。
在国家环保政策的要求下,为了恢复河道的生态环境和防汛排涝能力,在河道清淤疏浚施工中需要进行一系列工作。
为满足河道清淤疏浚工程的施工要求和施工技术要求,制定科学合理的施工方案至关重要。
本文通过对某工程河道清淤疏浚工程进行调研分析,发现在清淤疏浚过程中存在一些问题和不足之处,提出相应的改进措施,以提高施工效率和施工质量。
1工程概况本工程位于某城市主城区,全长约6.85 km。
河道主要功能为城市防洪排涝、生态景观功能。
本次清淤疏浚涉及河道清淤段全长约2.85 km,疏浚面积约6.27万m2。
在该工程的清淤施工中,为提高施工效率和施工质量,需要制定科学合理的施工方案。
1.1前期准备工作:首先要对工程现场进行全面勘察,掌握河道的水文地质情况以及工程施工现状等信息。
根据现场勘察结果和工程现状信息编制可行性研究报告,并将其提交给建设单位。
在获得建设单位同意后,再对方案进行优化设计,确定合理的施工方案。
1.2河道清淤段的确定:在本工程中,需要进行河道清淤段长度为2.85 km。
根据不同的河段长度和地质情况等因素进行分析确定该河段的具体清淤段长度。
1.3清淤施工阶段:根据前期勘察资料和河道现状信息编制施工方案,确定施工技术要求和施工顺序后开始动工。
首先要清理河道内的淤泥、漂浮物以及杂物等,清理深度在1~3m之间。
㊀收稿日期:2019-06-28㊀基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC0407404);国家自然科学青年基金资助项目(51709094);中央高校基本科研业务费项目(BZX/18B101-04)㊀作者简介:刘增辉(1988 ),男,江苏徐州人,讲师,博士,主要从事疏浚设备与技术研究工作㊀通信作者:倪福生(1961 ),男,安徽无为人,教授,博士,主要从事疏浚设备与技术研究工作㊀E⁃mail:zenghui.liu@hhu.edu.cnʌ水文泥沙ɔ水库清淤技术研究综述刘增辉1,2,倪福生1,2,徐立群1,2,顾㊀磊1,2(1.河海大学机电工程学院,江苏常州213022;2.疏浚技术教育部工程研究中心,江苏常州213022)摘㊀要:我国水库数量多,淤损率高,严重影响水库的功能㊁安全和综合效益㊂从机械清淤和水力排沙清淤两个方面对水库清淤技术进行了综述,分析了不同清淤技术的适用条件㊁清淤特性及能耗特性,提出了需要开展环保疏浚㊁清淤物无害化处理与资源化利用㊁多种清淤方式有效联合等建议,以推动清淤技术科学发展,实现水库可持续利用㊂关键词:水库;清淤技术;环保疏浚;资源化利用中图分类号:TV697.3㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀doi:10.3969/j.issn.1000-1379.2020.02.002㊀AReviewofReservoirDredgingTechnologyLIUZenghui1,2,NIFusheng1,2,XULiqun1,2,GULei1,2(1.CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HohaiUniversity,Changzhou213022,China;2.DredgingTechnologyEngineeringResearchCenter,MinistryofEducation,Changzhou213022,China)Abstrat:InChina,therearealotofreservoirs,andthehighrateofreservoirsedimentationseriouslyaffectsreservoirfunction,safety,andcomprehensivebenefits.Fromtheaspectsofmechanicaldredgingandhydraulicdredging,thereservoirdredgingtechnologywasreviewed.Theapplicationscope,dredgingcharacteristicsandenergyconsumptioncharacteristicsofdifferentdredgingtechnologieswerecomprehensivelyanalyzed.Inordertopromotescientificdevelopmentofdredgingtechnologyandachievesustainableuseofreservoirs,there⁃searchworkaboutenvironmentaldredging,harmlesstreatment,resourcesutilization,andeffectivecombinationofvariousdredgingmethodswereputforward.Keywords:reservoir;dredgingtechnology;environmentaldredging;resourcesutilization㊀㊀中国是世界上水库数量最多的国家,据‘第一次全国水利普查公报“[1]显示,截至2013年,我国水库总库容为9323亿m3,占全国河川径流总量的20%[2]㊂水库作为重要的综合水利枢纽,其各项功能的发挥为解决我国旱涝频发等问题㊁水资源高效利用㊁推动经济发展㊁维持社会稳定提供了重要保障㊂同时,我国水库平均年淤损率为2.3%,是世界上大型水库平均年淤损率的2倍 4倍,水库淤积问题严重程度高居世界之首[2]㊂泥沙淤积导致的库容损失使水库的各项功能㊁安全保障及综合效益受到影响㊂因此,深入开展水库淤积相关问题的研究,成为摆在水利工作者面前的重要课题㊂多年来,我国在水库清淤方面开展了大量工作,取得了一系列研究成果㊂本文将从机械清淤和水力排沙清淤两个方面,对水库清淤技术方面的研究进行综合论述㊂1㊀机械清淤技术研究水库机械清淤技术是指利用机械设备将已经淤积或进入水库的泥沙清除出库,主要分为常规机械清淤技术和特殊机械清淤技术两类㊂1.1㊀常规机械清淤技术(1)空库干挖㊂空库干挖清淤技术要求在非汛期降低库水位或放空水库,采用常规的挖掘机械进行淤泥㊁沙土的挖掘与运输㊂比如,美国Cogswell水库曾采用空库干挖方式进行清淤,并利用所挖泥沙进行工程应用[3-4]㊂空库干挖清淤技术的优点是耗水量小㊁清淤量可控性强㊁清淤彻底,对环境影响相对较小,缺点是需耗费外部动力装备,清淤范围小㊁清淤成本高㊂(2)挖泥船清淤㊂挖泥船清淤技术是指利用挖泥船对水库指定区域进行清淤,主要优点是耗水量小㊁机动性强,不受水库调度影响,缺点是清淤能力有限,汛期容易再次淤积,清淤成本较高㊂基于各种类型挖泥船工作特点[5],最适宜水库清淤的挖泥船主要有绞吸㊃5㊃第42卷第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀人㊀民㊀黄㊀河㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.42,No.2㊀㊀2020年2月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀YELLOW㊀RIVER㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Feb.,2020㊀㊀式挖泥船㊁耙吸式挖泥船及DOP(DamenOnderwaterPomp,荷兰语,即达门水下泵)挖泥船,本文重点介绍这三类挖泥船㊂绞吸式挖泥船结构见图1,由绞刀头切削水下淤泥㊁砂砾及岩石等介质,在绞刀头的旋转运动作用下形成固液两相混合物,进而在舱内泵的抽吸作用下途经绞吸管道输送至舱内泵,最终途径排泥管输送到预定地点排放与处理[5]㊂绞吸式挖泥船的类型㊁尺寸及功率范围很广,绞刀头功率从20kW到8500kW不等,最大挖深可达45m,最小挖深通常由浮箱的吃水而定[6]㊂绞吸式挖泥船生产能力不仅受切削功率㊁横移功率和水流速度的影响,而且也取决于绞刀头的直径㊂在切削工况准许的情况下,增大切削厚度㊁步幅尺寸及绞刀头尺寸可提高产量㊂图1㊀绞吸式挖泥船我国许多湖库分布在城市周围,受环境工况及运输条件等限制,小型绞吸式挖泥船较为适合㊂同时,这些湖库多为饮用水源地,且底泥中多含有一定程度污染物,因此对其清淤时要求有较高的控制精度,以免清淤过程中造成底泥扩散影响水质㊂基于此,环保绞吸挖泥船应运而生,其在普通绞吸式挖泥船基础上增加了环保绞刀头㊁产量计㊁浊度计㊁高精度导航定位系统㊁多功能数据采集控制器及挖深指示仪等设备,使得系统定位精度和挖深精度大幅提高,可减少超挖疏浚工程量㊂环保绞刀头具有导泥挡板㊁绞刀防护罩㊁绞刀水平调节器,可使绞刀切削轮廓始终与疏浚底泥贴平,被切削的底泥在绞刀防护罩内扰动,既可提高泥泵吸入的混合物含泥量,提高疏浚效率,又可减少底泥挖掘过程中的扩散,避免二次污染㊂此外,采用管道输送串联接力泵船加压技术,可实现底泥的全封闭㊁远距离㊁无堵塞稳定输送,同时可避免底泥在输送过程中泄漏所造成的二次污染㊂耙吸式挖泥船结构见图2,其作业过程为下放耙管,启动泥泵,进而将耙头继续放至与泥层贴合,开始疏浚挖掘作业;挖掘泥沙被泥泵抽吸入泥舱,直至装满泥舱,此时舱内泥水混合物的液面高度由溢流筒调定,但不能超过船舶的最大吃水深度;满舱后,等待吸泥管泥沙抽吸干净,关停泥泵,吊起耙管,加大航速驶向排泥区或吹填区;抵达抛泥区后,采用预定排泥方式排空泥舱疏浚物,然后再次驶返挖掘区域,开始新的作业循环㊂自航耙吸式挖泥船具有自航能力,其调节灵活度高㊁调度费用低㊁输泥距离不受限制,且挖深大(最大挖深可达155m),因此应用范围十分广泛[7]㊂针对不同水库的边界条件,可选择不同型号和尺寸的耙吸式挖泥船进行清淤作业,以及选择虹抛岸吹或者管路输送的方法将所挖掘的泥沙运输上岸[8]㊂图2㊀耙吸式挖泥船耙头是自航耙吸船的吸口,是疏浚设备中最重要的部件之一㊂最常见的耙头为荷兰IHC耙头和美国加利福尼亚耙头,这两种耙头都是依据泥泵水流造成冲刷的原理研发的,如今通常为这些耙头装配高压射流喷嘴,根据土层挖掘难度考虑是否启动高压冲水泵㊂此外,为高效疏浚淤泥和黏土,设计了淤泥耙头;为高效疏浚硬黏土和密实沙,设计了主动耙头[9]㊂位于偏远地区的水电站,山区公路不易通行㊂传统的挖泥船受船体尺寸和挖掘深度限制,很难适用于上述山区大坝或水库的清淤工程,而荷兰达门疏浚设备公司研制的DOP挖泥船(见图3)是最适合的,原因是它易于拆卸和运输,其最大的组件也不会超过一个标准集装箱(2438mmˑ12192mmˑ2896mm),并且质量不大,可以用小型起重机装配㊂新推出的达门DOP系列挖泥船分别采用DOP150㊁200㊁250㊁350标准,疏浚能力为600 2400m3/h㊂由于使用了潜水式疏浚泵,因此DOP挖泥船能够轻松地到达其他挖泥船无法到达的深度,疏浚深度可达100m㊂此外,国内还引进了全电动DOP挖泥船,这对㊃6㊃图3㊀DOP挖泥船于偏远山区水库的疏浚维护特别有 吸引力 [10]㊂1.2㊀特殊机械清淤技术(1)水力虹吸清淤㊂水力虹吸清淤技术[11]基于虹吸挖泥船㊁吸头和水下抽沙管道等组成系统,利用水库上下游水位差产生的虹吸作用进行清淤,其系统示意见图4[12]㊂为提高清淤效率,可借助机械设备进行泥沙搅拌,增大悬浮泥沙浓度㊂在大坝下泄水流无含沙量限制时,该技术适用于坝前的小规模清淤,山西田家湾水库和法国Rioumajou水库等[4,13]曾采用过该技术㊂其主要优点是成本低,设备可拆卸㊁易运输,可结合农田灌溉排沙;主要缺点是有机碎屑容易阻塞管道且清淤范围有限(最大为坝前3km)㊂图4㊀水力虹吸清淤系统示意(2)气力泵清淤㊂环保疏浚[14-16]是去除河湖㊁水库内源污染的有效手段㊂传统的疏浚方法往往存在疏挖精度低㊁悬浮物易扩散㊁底泥含水率高等问题,这都严重限制了环保疏浚行业的发展和疏浚底泥的处理处置㊂而气力泵生态清淤同步脱水固化技术[17]可使深水湖库的内源污染底泥大幅削减,疏浚精度可控制在10cm之内,该技术已于2016年在福建省山美水库生态环保疏浚工程中得到良好应用[18-19],主要包含环保疏浚系统㊁预处理除渣系统㊁调理改性系统㊁脱水固结系统和资源化利用系统㊂采用的特种气力泵生态清淤船装备可对湖库底泥进行高精度疏浚,有效防止超挖㊁漏挖等不良现象产生㊂气力泵清淤系统主要由泵体㊁进出气管㊁排料管㊁空气分配器㊁空气压缩机及水平输料管等组成,其中泵体作为最关键的部件,呈长圆柱状㊂气力泵整个工作过程分为三个阶段:①排气阶段,气力泵气阀打开,抽出泵内空气,随后气力泵气阀关闭;②进料阶段,气力泵进料口阀门打开,泥㊁沙及小石块等物料在水的压力与真空负载作用下快速进入泵体,当泵体内物料填充一定时间后,气力泵进料口阀门自动关闭;③进气阶段,气力泵气阀打开,通入压缩空气不断挤压泵体内的物料,将其由排料口排出,物料排完后排料阀门自动关闭,气力泵气阀再次打开,把残余压缩空气排出泵体,从而继续下一个工作循环㊂底泥通过疏浚管道输送至岸上后,经过预处理过滤除渣㊁催化剂改性反应㊁压滤机脱水固化后,可形成45 65mm厚的硬质泥饼,可作为烧制陶泥和生态砖的原材料[20]㊂该技术适用于环保要求严㊁疏浚深度大㊁泥浆含水率高的湖库疏浚项目,可有效降低湖库内源污染,推动疏浚底泥的减量化㊁稳定化和资源化㊂(3)射流船清淤㊂射流船清淤工作原理见图5,水泵抽吸河水泵送至高压水仓,然后由喷嘴阵列喷出高速射流,喷射到喷射区1中,泥沙不断悬浮,逐渐变成水沙混合层㊂随着涡流的持续搅动,原本密度不一的水沙混合层逐渐变成密度均匀的固液悬浮混合层,即过渡区2㊂由于过渡区的密度大于周围水的密度,因此在密度差的作用下混合层开始移动,形成所谓的密度流,带动过渡区2向输运区3不断移动,直到输运到指定清淤地点,完成一次清淤工作[21]㊂图5㊀射流船清淤工作原理射流船只需借助水流自身动力将悬浮泥沙输送至预定地点,而无需依靠泥泵的抽吸及管路的输送作用,因此整个清淤过程成本相对较低,然而其对工况要求则更高㊂射流船只能应用于深槽㊁深潭等比较狭窄且位能较低的航道,同时疏浚物的主要成分必须是泥或者细砂[22]㊂针对上述工况,射流船可发挥其能耗低㊁成本小㊁效率高及操作便捷等特长㊂目前,为了扩大应用范围,射流船正逐步通过增大流量和功率等向着大型化发展,且射流船将不再受船型限制,通过将射流装备添加到多功能疏浚船舶或者拖轮上,既可降低成本,又可弥补应用范围狭小的不足㊂(4)射流泵清淤㊂射流泵清淤技术是指运用伯努㊃7㊃利效应[23]在吸头内产生吸力,从水下抽取水和泥沙的混合物,并经管路运输到指定地点排放,见图6[24-25]㊂由图6可知,高压水管内高压水流经喷嘴时流速会增大,混合腔内会出现负压,在负压作用下吸泥管吸入水和泥沙混合物,并与喷嘴射流混合后通过喉管㊁扩散管及排泥管排到指定地点㊂射流泵的主要优点是构造简单且容易加工㊁尺寸和质量均较小㊁价格低㊁安装维修便捷㊁无运动部件㊁便于启闭㊁安全可靠性高,与离心泵串联工作可实现污泥或泥沙的深水清淤;主要缺点是效率较低[26-27]㊂图6㊀射流泵结构及原理(5)气动冲淤㊂正常水流挟沙能力弱㊁输沙量少的根源在于水流紊动能力弱,因此水流输沙能力提高的关键在于如何提高水流紊动特性与泥沙上扬速度[28]㊂而气动冲淤技术是指向河底通入空气,引起气㊁水㊁沙的充分混合,进而产生联合运动,提高水流紊动能力,最终实现冲淤效果㊂现有气动冲淤技术主要包括掺气耙冲淤和通气管路冲淤两大类㊂掺气耙的发展阶段见图7,主要包括单面齿耙㊁双面齿耙㊁掺气耙和改进型掺气耙4个阶段,工效依次提高㊂改进型掺气耙的工作原理:耙体随牵引船移动时将淤泥耙起,并随水流进入到涡流室;布置于涡流室后侧的高压水嘴喷射高压水流对淤泥进行搅动,使淤泥变成较细颗粒,进而形成固液气三相混合的悬浮层,提高水流的输沙能力,达到清淤目的[29]㊂掺气耙清淤船具有成本低㊁效率高的特点,在维持沿海挡潮闸闸下航道容积㊁防止闸下航道淤积等方面发挥了很大作用㊂自1980年起,掺气耙清淤船开始致力于里下河四大港和连云港善后闸下游等航道的清淤保航工作[29]㊂经过长期施工,减轻了挡潮闸下游的航道淤积,提高了航道排水能力,节约了清淤用水量㊂2005年8月,江苏省盐城市王港闸下航道利用4套掺气耙清淤设备进行了清淤,共运行1374船时,平均工效为620m3/船时,成功攻克了困扰其他机械清淤方式的施工难题,避免了 港死闸废 [30]㊂图7㊀掺气耙发展阶段㊀㊀通气管路冲淤是指在河床铺埋管路,管路上留有通气孔,空压机将一定压力的气体泵送至通气管路,气泡不断从通气孔冒出,形成上升流挟泥沙上扬,其中沉降速度相对较小的泥沙可以在较弱的水流条件下输送较远的距离㊂针对黄河各水库深度不一的特性,罗勇等[28]建议在潼关段河底水深较小区域使用时,可选用压力低㊁气量大的空压机;在小浪底水库坝前水深大且要求提高输沙浓度时,可选用气压高的空压机㊂2㊀水力排沙清淤技术研究水力排沙清淤技术是基于合理的水库协调调度方式和时机,利用水库形貌及大坝泄洪设施等条件排沙出库㊂水力排沙清淤主要有3种渠道:异重流排沙㊁滞洪排沙和水力冲沙[31-32]㊂2.1㊀异重流排沙技术异重流在水库中的运动过程见图8[33]㊂含有大量泥沙的浑水进入壅水区后,不断沉降的粗颗粒泥沙便会淤积在进口,逐步形成淤积三角洲;而挟带细颗粒泥沙的浑水开始潜入库底,进而形成底部异重流㊂底部异重流带着泥沙沿库底河床向坝前运行,清水不断掺入,最后流经坝前排沙洞排沙出库㊂图8㊀异重流运动示意当自然异重流动力不足㊁无法高效排沙出库时,塑造异重流便尤为重要[34]㊂成功塑造异重流的关键是确保水沙边界条件及各水库联合调度方式满足异重流持续运行的临界条件[35-37]㊂以黄河为例,在汛前调水调沙过程中,万家寨㊁三门峡与小浪底水库联合调度,㊃8㊃成功塑造了异重流并最终实现排沙出库[38-40]㊂汛前塑造异重流总体上可减少水库淤积,特别是在经常发生峰低量小且含沙量高的洪水年份,对保持水库库容尤为重要㊂2.2㊀滞洪排沙技术滞洪排沙[31]是指水库在汛期低水位运行甚至空库迎汛,当洪水大量入库时,细颗粒泥沙来不及沉积便被水流带至坝前排出库㊂黄河三门峡水库[41]和新疆头屯河水库[42]都曾采用过滞洪排沙技术恢复水库库容,提升水库防洪能力㊂大量实测资料表明,实施滞洪排沙时若开闸不及时,则会导致水位壅高;若下泄流量小或滞洪时间长,则水位下降速度慢,浑水在库内滞留过久,将会导致泥沙过多沉降,降低排沙效率[43-44]㊂因此,洪水初期排沙效率最高,应第一时间且最大泄流量开闸放水;经过一定时间后,排沙效率降低,此时应减小泄流流量,以节省弃水量㊂滞洪排沙技术弃水量大,因此为充分利用水资源,需将滞洪排沙过程与农田灌溉用水过程有机结合,将排泄的洪水最大限度地进行资源化利用㊂2.3㊀水力冲沙技术水力冲沙技术是指利用自然水力条件或人为水力条件扰动水库的淤积泥沙,以实现冲刷出库,常见的有泄空冲沙和横向冲蚀等方式㊂泄空冲沙具有很强的周期性,适用于季节性利用的水库,其主要利用泄空形成的沿程冲刷和溯源冲刷带走淤积在水库中的泥沙㊂杏子河王瑶水库[45]和黄河青铜峡水库[46]都曾多次采用泄空冲沙技术排出大量泥沙,使得水库有效库容得到大幅恢复,同时对库区河道主槽断面形态进行了有效改善㊂横向冲蚀[47]是指在水库两侧适当高程开挖高渠,或利用滩槽高差开挖小沟槽,引入上游水流进行横向冲沙㊂2001年,新疆屯头河水库利用横向冲蚀拉沙恢复库容191万m3,冲蚀后的渠道扩展至60 180m宽㊁4 17m深,为后续冲蚀速率的提高创造了有利条件[42,48]㊂3㊀结㊀语(1)机械清淤技术发展较为成熟,理论上可实现各种类型水库的清淤,但受成本限制,主要适用于中小型水库或大型水库的局部清淤㊂水力排沙清淤技术利用自然或人为创造的水动力条件进行清淤,排沙能力强㊁效率高,但对水库水动力条件要求较高,适用范围具有一定的局限性㊂(2)为实现水库高效清淤,应进一步研究水库清淤技术的联合运用方式㊂单一水库清淤技术的适用范围和清淤效果存在局限性,若对不同的方法进行优化联合,则有助于发挥更显著的清淤效果㊂如:随着挖泥船等机械清淤设备的不断发展,针对大型水库展开水力排沙和库尾机械挖沙的综合清淤方式研究,以满足整个水库长期高效的清淤需求;当坝前水动力条件无法实现高效冲沙时,可考虑采取强人工干预措施(射流冲刷或气动冲淤)的水库泥沙动态调控技术;开展高速射流冲刷作用下泥沙起动㊁悬移㊁扩散及多相流动问题的研究,以提高坝前泄流浓度,实现坝前高效清淤㊂(3)机械清淤的工程扰动量较大,经常会产生污染物扩散,因此应大力进行生态环保疏浚技术研究,提高控制精度㊁降低二次污染将是未来清淤技术的发展方向之一㊂对于供水水库而言,近年来用于改善水库水质的机械环保疏浚技术日渐兴起㊂在环保疏浚过程中,除了清淤过程中需特别控制污染物的扩散外,做好输送工作以避免出现二次污染也同等重要,这通常需要在疏浚设备上安装特殊装置㊂此外,污染物输送到指定地点后,后续处理方法主要包括过滤㊁除害㊁脱水及固化等㊂如何安全㊁高效㊁经济地对污染物进行处理,是未来环保疏浚继续努力的方向㊂(4)采用合理的清淤技术可将水库泥沙输送至合适的场地进行沉沙㊁分选,进而分别用作改良土壤㊁建筑材料㊁制作砖块及防汛大块石等,实现水库泥沙资源利用的最大化㊂但对于有污染的湖库底泥而言,如何对其进行减量(减少污染底泥含量)化㊁稳定化和无害化处理,从而进一步资源化利用,已成为当前研究的热点㊂参考文献:[1]㊀中华人民共和国水利部.第一次全国水利普查公报[J].中国水利,2013(7):64.[2]㊀邓安军,陈建国,胡海华,等.水库淤损控制与库容恢复研究综述[J].人民黄河,2019,41(1):7-11.[3]㊀PALMIERIA,SHAHF,ANNANDALEG,etal.ReservoirConservationVolumeI:theRESCONApproach[R].Wash⁃ington,DC:WorldBank,2003:7-14.[4]㊀谢金明,吴保生,刘孝盈.水库泥沙淤积管理综述[J].泥沙研究,2013(3):71-80.[5]㊀倪福生.国内外疏浚设备发展综述[J].河海大学常州分校学报,2004,18(1):1-9.[6]㊀刘厚恕.国外挖泥船发展新态势[J].船舶,2009,20(6):1-7.[7]㊀于再红,刘厚恕.国内外中小型耙吸挖泥船动力配置综述[J].船舶与海洋工程,2010(3):41-46.[8]㊀吴鹏,王刚.疏浚土长距离管道输送技术在环保疏浚工程中的应用[J].水运工程,2017(增刊2):33-35.㊃9㊃[9]㊀冯沛洪,胡京招,李忠,等.新建6500m3耙吸挖泥船疏浚系统技术研究[J].中国港湾建设,2019,39(1):74-77.[10]㊀金云珠.达门环保型标准化疏浚设备用于挖泥船改建工程[C]ʊ中国疏浚协会.2014中国(国际)水务高峰论坛河湖健康与生态文明建设大会论文集.北京:中国疏浚协会,2015:150-158.[11]㊀陕西省水利水土保持厅.水库排沙清淤技术[M].北京:水利电力出版社,1989:151-158.[12]㊀谢金明.水库泥沙淤积管理评价研究[D].北京:清华大学,2012:78-80.[13]㊀BRABBENTE.ReservoirDesiltingMethods[J].HydraulicsResearch,1988,1(1):1-32.[14]㊀张丹,张勇,何岩,等.河道底泥环保疏浚研究进展[J].净水技术,2011,30(1):1-3.[15]㊀金相灿,李进军,张晴波.湖泊河流环保疏浚工程技术指南[M].北京:科学出版社,2013:21-28.[16]㊀刘小强,秦俊.大型深水水库环保疏浚方案设计及工程应用[J].中国港湾建设,2018,38(12):38-43.[17]㊀夏函杰,张雄金.气力泵在生态清淤中的应用[J].江苏水利,2002(12):18.[18]㊀颜少清.山美水库库区清淤疏浚工程的技术探讨[J].科技致富向导,2015(17):171.[19]㊀颜少清.山美水库库区底泥及清淤疏浚技术[J].江淮水利科技,2016(3):36-38.[20]㊀江恩慧,曹永涛,董其华,等.黄河泥沙资源利用的长远效应[J].人民黄河,2015,37(2):1-5.[21]㊀王楠,何炎平,黄超.射流清淤船技术进展[J].船海工程,2013,42(3):1-6.[22]㊀王楠.射流清淤船关键技术研究[D].上海:上海交通大学,2013:3-6.[23]㊀孙金华,李云,樊宝康,等.基于Bernoulli效应的便携式清淤机设计及试验[J].水利水运工程学报,2009(1):29-33.[24]㊀第二航务工程局设计研究院科研所.喷射式挖泥船在连云港码头基槽清淤工程中的应用[J].水运工程,1976(8):14-18.[25]㊀LIUMeng,ZHOULingjiu,WANGZhengwei.NumericalInvestigationoftheCavitationInstabilityinaCentralJetPumpwithaLargeAreaRatioatNormalCavitatingCondi⁃tions[J].InternationalJournalofMultiphaseFlow,2019(116):153-163.[26]㊀冯旭松,向清江,吉锋,等.基于模糊控制的疏浚泥射水抽真空装置真空度可调设计[J].排灌机械工程学报,2017,35(12):41-46.[27]㊀邹晨海,李红,向清江,等.射流泵装置性能预测方法研究[EB/OL].[2019-04-26].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1814.TH.20190426.1647.008.html.[28]㊀罗勇,窦希萍,罗肇森.气动冲淤法治理黄河泥沙的一点思考[J].水利学报,2007,38(增刊1):276-282.[29]㊀许德智,蔡洪卿,陆体成,等.挡潮闸下港道清淤机具的改进及应用[J].海洋工程,2001,19(2):74-78.[30]㊀陆体成,张勇,张建德.掺气耙清淤机具在王港闸下港道淤积治理中应用[C]ʊ左其华,窦希萍.第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集.北京:海洋出版社,2009:1249-1250.[31]㊀曹慧群,李青云,黄茁,等.我国水库淤积防治方法及效果综述[J].水力发电学报,2013,32(6):183-189.[32]㊀刘孝盈,吴保生,于琪洋,等.水库淤积影响及对策研究[J].泥沙研究,2011(6):37-40.[33]㊀王增辉.多沙河流水库异重流与溯源冲刷过程的数值模拟研究[D].武汉:武汉大学,2016:10-12.[34]㊀李涛,邹健,张俊华,等.拟焦沙模拟低含沙量异重流运动初步分析[J].水科学进展,2018,29(6):102-108.[35]㊀李珍,台树辉.对小浪底水库首次人工塑造异重流的探讨[J].水力发电,2006,32(2):61-62.[36]㊀徐建华,董明军,李晓宇,等.2006年调水调沙期间小浪底库区异重流分析[J].人民黄河,2007,29(6):17-19.[37]㊀王婷,曲少军,胡跃斌.2017年第1号洪水期间小浪底水库异重流分析[J].人民黄河,2017,39(12):27-30.[38]㊀李向阳,许立祥,解赞琪,等.2014年汛期小浪底库区异重流演进规律分析[J].水资源与水工程学报,2017,28(6):163-167.[39]㊀毕东升,蔡彬,张乐天.小浪底水库人工塑造异重流成因分析[J].人民黄河,2010,32(8):22-24.[40]㊀李国英.黄河干流水库联合调度塑造异重流[J].人民黄河,2011,33(4):1-2.[41]㊀吴保生,邓玥.三门峡水库非汛期控制运用水位对库区泥沙冲淤的影响[J].水力发电学报,2007,26(2):93-98.[42]㊀许杰庭,王绍琴,于进江,等.新疆头屯河水库排沙减淤技术的研究与应用[J].泥沙研究,2009(3):45-49.[43]㊀张银利,高波,安勇平.水库排沙的几种措施[J].黑龙江水利科技,2007,35(4):225-226.[44]㊀李昆鹏,马怀宝,王瑞,等.三门峡水库降水冲刷机理与规律研究[J].人民黄河,2012,34(10):37-40.[45]㊀李国安.浅析王瑶水库运行方式与排沙减淤效果[J].陕西水利,2009(6):122-123.[46]㊀范静.青铜峡水库坝前淤积体水力冲刷的数值模拟[D].天津:天津大学,2006:1-5.[47]㊀康锋.山区性水库的排沙减淤技术研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2009:37-49.[48]㊀高柯,张敏,许杰庭.横向冲蚀排沙技术在头屯河水库中的运用[J].人民珠江,2005,26(3):62-63.ʌ责任编辑㊀翟戌亮ɔ㊃01㊃。
清淤疏浚塑造河道主槽摘要:黄河流域生态保护和高质量发展要求:“治理黄河,重在保护,要在治理”、“让黄河成为造福人民的幸福河”。
实施重点水库和河段清淤疏浚、滩区放淤,提高河道行洪输沙能力,主动塑造河道主槽,维持河势稳定。
关键词:河道采砂河道疏浚清淤疏浚砂综合利用采砂管理机制黄河是著名的多沙河流,因“水少沙多、水沙关系不协调”而成为最复杂、最难治理的河流。
泥沙淤积一直是困扰河道防洪安全的关键性问题,给泥沙以出路是解决黄河泥沙问题的基本思想。
泥沙资源利用是有效减少黄河泥沙的根本措施,是解决黄河泥沙问题的有效途径。
基于防洪安全和经济社会发展的黄河泥沙资源高效利用,是“拦、调、排、放、挖”综合处理泥沙治黄方略的延展与落脚点,是保障黄河长治久安的重要措施之一。
(1)河道采砂依据2020年11月水利部批复的《黄河流域重要河段河道采砂管理规划(2020-2025年)》,黄河干流西霞院以下河南河段共规划可采区12个,规划可采区总面积为1000.8万m2,可采区总长度21.1km。
(2)河道疏浚全面梳理黄河河南不利河势、局部较窄及工程出险严重的河段,分析确定铁谢~花园镇河段、驾部~枣树沟河段、桃花峪~马庄河段、马渡工程河段、黑岗口~大宫河段、夹河滩工程河段、蔡集工程河段和三合村~青庄河段需要实施疏浚,共计8个疏浚河段,包含14个疏浚区,疏浚总面积达2200万m2。
(3)引水口清淤河南局注册登记的引黄涵闸共计49座,其中5座为穿堤闸前配套防沙闸,分别为红旗闸前的大功防沙闸,柳园闸前的新、老双井防沙闸,渠村新闸前的渠村防沙闸和王集闸前的王集防沙闸。
河南黄河涵闸大多数修建于上世纪50~70年代,70年代以后又逐步开始改建,主要针对原设计不能满足设计防洪标准或引水规模不能满足生产发展两方面。
黄河是多泥沙河流,引水必引沙是引黄显著特点,黄河浑水进入引渠必然会造成渠道淤积,渠道过流能力降低。
尤其是高村以上游荡性河段,主流摆动频繁,河势变化具有多变性,取水口脱离大河现象时有发生。
淘尽黄沙始见金--山东河务局荣获“全国五一劳动奖状”治黄成就综述“五一”前夕,山东河务局被中华全国总工会授予全国“五一”劳动奖状。
这一荣誉是山东黄河人历尽无数艰辛换来的褒奖!它将激励山东黄河广大干部职工以更加饱满的热情,更加扎实努力的工作,投入伟大的治黄事业中。
山东河务局作为水利部黄河水利委员会在山东设置的派出机构,承担着黄河山东段的治理开发与管理任务。
全局下辖8个市级河务(管理)局、30个县级(市、区)河务(管理)局、15个直属单位,有干部职工12000人。
自1946年人民治黄以来,在党和政府的关怀重视下,山东河务局以除害兴利、造福齐鲁为己任,团结带领广大治黄职工,艰苦奋斗,励精图治,黄河治理开发与管理事业取得了举世瞩目的巨大成就。
建成了较为完整的防洪工程体系,战胜了历年洪水,创造了64年黄河伏秋大汛岁岁安澜的历史奇迹,彻底扭转了黄河史上频繁决口改道的险恶局面。
同时,积极开发利用黄河水沙资源,引黄兴利,为民造福,促进了山东沿黄及相关地区经济社会的快速发展和人与自然的和谐相处。
进入21世纪,山东河务局积极践行可持续发展治水思路、民生水利发展要求及维持黄河健康生命治河理念,坚持科学发展,促进人水和谐,与时俱进,科学治河,扎实工作,在防洪防凌、引黄供水、工程建设、科技创新、应急抢险救灾、民生水利等方面都取得了突出成绩。
千秋伟业人民治黄以来,国家对千里堤防进行了多次大规模的加高加固,将过去的秸料埽坝全部石化,共修建各类堤防1543千米、险工控导工程265处、6440段坝岸、涵闸117座,兴建了东平湖水库、北金堤滞洪区等蓄滞洪工程。
近年来,山东河务局又对东平湖进行了综合治理,疏浚北排入黄河道,修建庞口闸,修复戴村坝,加固二级湖堤。
对黄河入海口有计划地进行了3次人工改道,实施了黄河口门疏浚和挖沙固堤工程。
现行清水沟流路自1976年人工改道以来已安全行水34年,改变了历史上黄河尾闾任意摆动、四处漫流的局面,为胜利油田生产和黄河三角洲开发建设创造了良好环境。
黄河清淤工程方案一、项目概述黄河是中国的母亲河,自古以来就是中国文明的发源地之一。
黄河流域自古以来就是中国的粮仓,具有重要的经济价值。
然而,由于长期以来的不合理开发和利用,黄河流域的水土流失严重,河道淤积加剧,导致了洪水频发、水质恶化等问题。
为了解决黄河流域的这些问题,必须对黄河进行淤积工程。
黄河清淤工程是一个系统工程,涉及到河道治理、水土保持、生态建设等多方面内容。
本方案旨在通过多种手段,对黄河进行淤积治理,保持黄河的生态环境,提高黄河的水质和水量,从而保障黄河流域的可持续发展。
二、工程目标清淤工程的目标主要有以下几点:1.减少河流淤积,提高黄河的输沙能力;2.改善黄河河道水质,维护生态环境;3.减少洪水的发生,提高洪水冲击能力;4.调整黄河的水位,提高水资源利用率;5.保护黄河周边的生态环境,提高黄河流域的生态系统稳定性。
三、工程内容黄河清淤工程采用多种手段,涉及到以下几个方面内容:1.河道疏浚河道疏浚是黄河清淤工程的基础工作。
通过机械清淤,可以及时有效的减少河道淤积,提高河道的通行能力。
同时,对河道的结构和形态进行优化,使得水流更加顺畅。
2.植被恢复植被恢复是黄河清淤工程的重要组成部分。
通过植被的恢复,可以有效的减少水土流失,改善河道水质,维护河道生态环境。
同时,增加植被的覆盖面积,也可以有效的减少土壤的侵蚀。
3.生态湿地建设生态湿地是黄河清淤工程的重要措施之一。
通过生态湿地的建设,可以有效的减少水流的冲击力,减少河床的冲刷,保护河道生态环境。
水土保持是黄河清淤工程的基础工作之一。
通过水土保持工程,可以有效的减少水土流失,改善河道水质,减少河道淤积。
5.生态建设生态建设是黄河清淤工程的重要组成部分。
通过生态建设,可以提高黄河周边的生态系统稳定性,保护周边的生态环境。
四、工程实施黄河清淤工程的实施分为几个阶段:1.前期调查与规划首先需要对黄河流域进行全面深入的调查,了解黄河流域的基本情况。
然后,根据调查的结果,制定黄河清淤工程的详细规划方案。
黄河挖河清淤输浚综述(黄河水利科学研究院,河南郑州,450003)摘要:关键词:前言清淤输峻技术在生产实践中国内外有着广泛的应用。
在国外,挖河疏浚多被用于航道治理,并且取得了不少的研究成果,技术也相对成熟。
如早在20世纪60年代,国外主要河口拦门沙航道疏浚就已经取得了一定成功,吸扬式、耙吸式和绞吸式等类型的挖泥船均有广泛的应用。
各国学者先后也开展了系统的研究,较有影响的如美国的欧文(Owen,M.W)、法国的里奥(Mignion,C),均取得了不少的研究成果。
Scheuerlein,H.曾在阿尔卑斯山某水库采用水流冲沙的方法清除水库淤积的泥沙,取得了一定效果。
但这些多属于在含沙量较低的河流或河口区域,或者有可大幅度降低相对侵蚀基准面的库区,疏浚范围较小,且多限于航道和库区治理。
对于在类似黄河水沙特性的河流上疏浚拖淤的研究和应用则未见有报道。
在国内,采用拖淤疏浚河道已有几千年的历史,相传自大禹治水开始,即一直把疏浚作为一项重要措施而广为采用。
黄河使用水力机械拖淤的记载始见于北宋神宗熙宁六年(公元1073年),王安石设置浚河司前后,明清时期曾屡经使用,有代表性的拖淤成功的事例有:宋神宗熙宁六年(1073年),李公义认识到利用水力,经过搅荡,可以加大输沙能力,创造了铁龙爪扬泥车拖淤之法,这是利用水力机械拖淤的开始。
明嘉靖十四年(1535年)总河刘天和博采群议,创平底舟长柄铁耙拖淤法,清乾隆八年(1743年),总河白钟山在塔决石林漫口旧河中,调用船一百九十只,“常川浚扒,收到明效”。
清乾隆三十六年(1771年),河臣高晋在清黄汇口一带,以木龙挑水,收束口门节和在汇口以下利用铁扫帚乘船分段拖淤“使河底积淤松动,河道日见通深”。
清乾隆四十五年(1781年),河臣李奉翰、国太杨一魁等在张家油房漫口旧河中,于正河水浅处带上混江龙、铁扫帚上下往来,逐日浚扒,收到“通流深畅,未见淤阻”的效果。
清嘉庆十年(1806年),徐端“趁黄河落水一尺,清水出口有力,乃多累大船,用铁扫帚、扬泥车彻夜乘势疏导,使浅处渐深至二尺以上,江境邦船陆续通行”。
清嘉庆十五年(1810年),松筠利用自制的混江龙,于清口一淤浅河段疏浚得力。
“由仅有的一尺多深,浚深到三、四尺以上,中泓宽达七八丈,愈浚愈深”。
清道光十三年(1833年),河臣张井在海防厅属之童营汛的七湖工,下河汛之单家港、周门等处,“因河道分歧,滩而辽阔,河道平衍,遂调齐各厅拉沙船,苇荡浚、柳各船及被剥漕粮船只,配备以翻泥车、铁扫帚等器具,自上年九月至下年正月,于工放拥河之前,逐日上下拉涝,据各该员汇报,各拉深数尺,已有一定中泓水势,实比照上年志桩水深尺寸和现在河势情形,确切丈量比较,有所加深”。
在1886年,已改道30多年的黄河山东河段,淤积极为严重,连年漫口,时任山东巡抚的张曜利用平头圆船结合挖沟切滩的措施疏浚河道,在惠民、滨州、利津等河段近岸平滩,逐段挑挖,在浅水淤泥滩地不能立足之处,用平头圆船以铁铣淘挖,这种疏挖河道的方法,在短时间内对归顺河流起到了一定效果。
鉴于当时的社会经济条件和技术水平,人们没有也不可能对黄河拖淤疏浚进行系统深入的研究,但从长期的拖淤实践中得出一个基本的结论,即拖淤对于解决河道局部浅滩河段的淤积是有功效的。
新中国成立之后,黄河的拖淤输峻始于二十世纪七十年代,河道清淤主要靠拖淤和自制简易吸泥船进行。
前者利用船后安装的拖具翻起泥沙,利用天然水流将翻起的泥沙带走;后者则利用高速射流冲击河床,制造高含沙浑水,由水泵将其抽出,排往沉沙区。
“八五”期间,黄河口为了输通清水沟流路,开展了从1988年到1992年历史5年的输浚试验工程。
进入二十世纪九十年代,国家对江河治理日益重视,作为治理的重要措施之一,河道清淤倍受关注。
例如,提出了在大江大河中清淤的“百船计划”,大力发展挖泥船清淤。
“黄河中下游水资源开发利用及河道减淤清淤关键技术研究”项目也被列入“九五”国家重点科技攻关计划。
“九五”期间黄委对挖河清淤输浚进行了较为深入的试验研究,在之后的治黄工作中清淤输浚技术得到不断完善和应用推广。
1.黄河口输峻为了疏通清水沟流路,黄河口从1988年到1992年,开展了历史5年的输浚试验工程。
为确保试验工程的顺利进行,组建了由东营市、胜利油田和黄河河口管理局负责人参加的输浚试验工程领导小组,并设置了施工指挥部。
1988年4月14日,黄河口管理局完成了首期输浚试验工程设计和实施措施,报经黄河山东局审定,并经黄委会同意后,正式拉开了输浚试验工程的序幕。
黄河口输浚试验工程中采取的措施有:截支堵汊,强化主干;束水导流,定向入海;清障拖淤,输浚河门;巧用潮汐,以潮输沙;护滩保槽,稳定河势等。
该试验工程除采用机械开挖引河外,每年都组织进行群船拖淤,利用船刺、耙拖、射流冲沙、推进器搅动等方法在清七断面以下河段往返拖淤达5000余台班。
同时用定向爆破、机械开挖等方法削掉红泥嘴1250m、鸡心滩3处,面积3.4km2。
黄河口输浚试验工程采用的拖淤机具开始时比较简易,之后逐步改进。
首先采用了船只推进器冲淤的方法,即利用船只行进推进器推动水流的反作用力,冲起河底泥沙,借水流挟至深海。
试验船采取随冲随进的方式。
试验表明,船只推进器对于打通河道中的局部地区有十分明显的功效,但由于推进器的安装角度时按行船考虑,基本是水平向后的,所以其下冲的能量是有限的,冲刷深度只能在推进器以下0.5m左右,推进器冲淤加速了推进器的磨损。
因此,此种拖淤方法只能小范围使用,不可大面积推广。
第二代拖淤机具为传统的耙具,例如混江龙、铁扫和铁龙爪等。
这些耙具在历次河道拖淤中曾发挥了很大的作用。
1988年汛后,利用该耙具在河口进行了拖淤试验期间,由于尾闾河道及拦门沙上的淤积物已形成铁板沙,在顺水拖淤时,耙具过后,只能把拦门沙上划上几道痕迹,经取样试验,拖淤前后含沙量变化不明显;而逆水拖淤时一旦着底,如同下锚,船根本拖不动。
实践证明,传统的耙具在河口拖淤中作用不大。
以传统的耙具为基础,在每只耙齿中间安设一只喷水嘴,设计出一种新型喷水拖淤耙。
该机具的特点是在船上安装柴油机带动水泵提供高压水,使拖淤耙具有松动泥沙、冲深液化和扬起泥沙的功能。
经过试验发现,该拖淤耙的悬挂装置,供水管道及提升装置比较复杂,耙具距船尾推进器仅8.2m,推进器的反作用力使拖在船后的耙具很不稳定,处于时沉时浮的状态,如耙具上浮对拖淤不起作用,而一旦着底,船就拖不动,再加上动力及管路设计方面的问题,使喷水拖淤耙具仍满足不了河口拖淤的需要。
为了克服耙具拖不动的缺点,进行了第四代高压水枪射流试验。
该装置是在拖船两侧各布置5台17kw电动高压水泵,以柴油发电机组作为动力,每台泵供2只口径25mm水枪由人工操作伸向河底,水枪的出口流速17m/s,射程20m。
该装置的出水压力大,冲沙效果好,又不增加拖船行进的负担;其缺点是水枪不固定,人工操作困难,占用劳动力多。
为此,曾进行过改进,在船后安装了喷水枪架,并在喷枪架上设置了悬挂升降装置,便于提升,经试验该装置虽然克服了水枪不固定、人工操作困难的缺点,但也暴露了新的问题,如能量损耗问题,水泵出力不足问题,使水枪压力达不到设计要求,起不到射流冲沙的作用。
通过吸取以上各种耙具试验的经验,研制了第五代新型射流冲沙船,在该船上安装了新型射流冲沙装置,由高压水泵提供水流,再由干管输送至各组水枪,在拖船两侧和船头各布置了口径为30mm的水枪10只,船尾布置水枪8只,每组水枪都在设悬挂提升装置,设计每只水枪的出水流量为0.008m3/s,出口流速为11.3m/s,工作宽度为5.0m。
黄河口通过5年的输浚整治,拖淤输浚取得了一定的效果,河口地区防洪压力有所减轻。
同时,拖淤机具在河口输浚试验中得到不断改进,也积累了一定的拖淤输浚经验。
2.黄河潼关清淤(1) 清淤的缘由潼关位于黄河三门峡大坝上游113.5km处,渭河、北洛河在其上游附近汇入黄河,潼关河床是渭河及黄河小北干流的局部侵蚀基准面,直接影响潼关以上黄、渭、洛河的河道冲淤变化, 特别对渭河下游的防洪影响极大,因此潼关高程引起水利界的广泛关注。
历史上潼关高程(1000m3/s流量相应水位)是微升的;三门峡水库建成运用初期,由于水库蓄水高,加之上游来沙量大,库区淤积严重,潼关高程大幅度抬升,由1960年汛后的323.4m上升到1969年汛后的328.65m。
随着水库运用方式的调整和两次改建的投入运用,潼关以下库区发生大量冲刷,到1973年汛后潼关高程下降到326.64m。
自1973年水库采用蓄清排浑运用以来,至1985年汛后,潼关高程基本保持相对稳定。
1986年以后,由于上游来水特别是汛期来水大幅度减少,潼关高程出现了快速上升的局面,为改变潼关高程不断升高的局面,于1996年开始在潼关河段进行了射流清淤试验。
(2) 清淤概况潼关河段射流清淤工程从1996年开始,到2003年已开展了8年,8年来清淤规模不断扩大,内容不断增加,管理不断完善,研究也在不断深入。
射流清淤的基本原理是利用射流船上喷嘴喷出的高速水流将河底泥沙冲起,借助大河水流增大输沙量,改善河床边界条件,提高河道的水流输沙能力。
从而达到减少潼关河段淤积,抑制潼关高程抬升的目的。
清淤遵守的基本原则是“因势利导,疏通流路,理顺河势,集中水流,调整局部比降,提高水流挟沙能力”。
1996年开始清淤试验时,主要清淤设备只有2条自制的简易射流船,到1999年共设计制造了4条不同型号的专业射流船,2002年以后达到9条专业射流船。
1996至1999年,每年只在汛期清淤,从2000年开始,增加桃汛清淤,适宜清淤作业的大河水沙条件为流量250~3500m3/s,含沙量小于150kg/m3。
清淤河段基本选在主要影响潼关高程升降的潼关至古夺21km的河段内,实际操作过程中,根据河势变化随时调整重点作业河段(见表2-1)。
清淤船操作指标:喷嘴提升高度(即离河床高度)为0.3~0.7m, 喷嘴与床面夹角为60~90度,作业航速:0#船为0.2~1.5km/h,其余的8条船为0.5~3.0km/h;清淤作业以逆流順冲和順流順冲为主,前后船距一般保持200~300m。
表2-1 历年清淤基本情况一览表[2][3][4][5]在河道中开展射流清淤,由于河段太长,不可能将射流装置固定在某一位置连续工作,一般是将射流系统安装在船上,在船的行进中射流冲沙,依靠河道水流将泥沙输往下游。
这种方法曾于二十世纪九十年代初期在黄河河口清淤中使用过。
为减缓潼关高程的上升速度,1996年开始在潼关河段开展清淤试验。
根据潼关河段的具体情况,从一开始就采用了射流清淤这一新兴方法。
实施清淤的同时,在室内和现场进行了一系列的试验研究,对射流冲刷能力等多方面问题进行了比较系统的探讨。