水庫清淤防沙的梯級擋沙壩生態(tài)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水利工程領(lǐng)域，具體涉及一種水庫清淤防沙的梯級擋沙壩生態(tài)系統(tǒng)，適用于中西部地區(qū)大型水庫庫區(qū)植被嚴(yán)重破壞、生態(tài)環(huán)境惡化、水土流失嚴(yán)重水庫的淤積防治和生態(tài)治理工作。
[0002]本專利受水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“西部中小河流及其岸坡生態(tài)防治成套技術(shù)研究(No = 201301022)”的資助。
【背景技術(shù)】
[0003]水庫淤積是目前世界上水利水電建設(shè)中尚未解決的重大問題。近年來，國際大壩會議、國際灌溉排水會議、國際水力學(xué)會議以及許多國家都開始重視這一課題的研究。水庫淤積是水流進(jìn)入庫區(qū)后，由于水深沿流程增加，水面坡度和流速沿流程減小，因而水流挾沙能力沿流程降低，出現(xiàn)泥沙淤積。水庫淤積與許多因素有關(guān)，其中最主要的原因是水庫蓄水后，庫區(qū)和回水段的水深及過水?dāng)嗝娣e增大，水面坡度減小，導(dǎo)致庫水流速減緩，輸沙能力降低，其挾帶的泥沙就部分或全部在水庫庫底沉積下來。雖然可以采取適當(dāng)措施減緩淤積的速度，但是，水庫淤積通常很難根治。水庫淤積治理措施主要有水力排沙、水力沖刷和機(jī)械清淤三類。但是，現(xiàn)階段清除庫區(qū)中淤積泥沙的費(fèi)用高于修建同體積水庫的費(fèi)用。減少水庫淤積最根本的辦法是做好流域內(nèi)水土保持工作，利用植物屏障，減少流域內(nèi)產(chǎn)沙量，并將泥沙擋淤在回水以上，本發(fā)明提出的技術(shù)可以從根源上減少來沙量，從而降低水庫淤積量。
[0004]當(dāng)前水庫清淤技術(shù)基本為空白，而中國9萬多座水庫目前普遍存在淤積問題，尤其西北地區(qū)由于水土流失嚴(yán)重，水庫嚴(yán)重淤積，如新疆克孜爾水庫設(shè)計庫容為7億方，水庫上世紀(jì)九十年代開始蓄水運(yùn)行，到目前水庫淤積量近2億方，嚴(yán)重影響水庫安全和正常運(yùn)行，迫切需要提出可靠的水庫清淤防淤技術(shù)解決水庫嚴(yán)重淤積問題。在水庫防淤方面中國目前常用的治理方法是建設(shè)淤地壩，淤地壩是指在水土流失地區(qū)各級溝道中，以攔泥淤地為目的而修建的壩工建筑物，其攔泥淤成的地叫壩地。淤地壩是當(dāng)前中國黃土高原水土流失嚴(yán)重地區(qū)重要而獨(dú)特的治理水土流失的工程體系，該工程體系建設(shè)在水庫上游也可用于緩解水庫淤積。
[0005]當(dāng)前淤地壩主要壩型為黃土均質(zhì)壩，有少量土石混合壩和石拱壩，筑壩建筑材料有一定要求，不能直接取自庫區(qū)內(nèi)原有淤積土，部分材料還需要外購。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決水庫清淤治理難題，構(gòu)建自然生態(tài)水庫，本發(fā)明提供一種水庫清淤防沙的梯級擋沙壩生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合包括庫區(qū)水土流失治理和防護(hù)技術(shù)以及庫區(qū)流域岸坡生態(tài)防治技術(shù)等在內(nèi)的水庫其它生態(tài)防護(hù)技術(shù)，提升水庫生態(tài)防護(hù)水平，在減少水庫上游水土流失的基礎(chǔ)上，采用本技術(shù)實(shí)現(xiàn)水庫清淤、泥沙攔擋與生態(tài)保護(hù)的有機(jī)結(jié)合，對解決水庫淤積，改善水庫及其流域生態(tài)環(huán)境將起到積極作用。
[0007]完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是一種水庫清淤防沙的梯級擋沙壩生態(tài)系統(tǒng)，其特征在于，操作如下:
在庫區(qū)上游回水區(qū)外河段根據(jù)地形情況選擇合理的位置作為擋沙壩修建的壩址，對修建擋沙壩的壩址進(jìn)行簡單分區(qū)域整平；所述的“擋沙壩修建的壩址”自上游到下游分為若干個梯級海兩個相鄰的梯級之間的距離是5?1km(根據(jù)庫區(qū)上游河道自然坡比確定，河道比較平緩的兩個相鄰的梯級之間距離適當(dāng)增大，否則其距離減小)。
[0008]在清理整平好的河床采用大型水庫清淤土充填袋技術(shù)分段分層建設(shè)充填袋擋沙壩下部壩體，上部采用石籠網(wǎng)建設(shè)擋沙壩上部壩體；
對擋沙壩表面進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和防護(hù)，擋沙壩上、下游區(qū)域河流進(jìn)行合理生態(tài)恢復(fù)，提升水庫及其上游河流的自然生態(tài)水平，改善水庫及其流域生態(tài)環(huán)境，解決水庫淤積難題。
[0009]更優(yōu)化和更具體地說，本發(fā)明的具體操作步驟如下:
⑴.在庫區(qū)上游回水區(qū)外河段根據(jù)地形情況選擇合理的位置作為擋沙壩修建的壩址，對修建擋沙壩的壩址進(jìn)行簡單分區(qū)域整平；所述的“擋沙壩修建的壩址”自上游到下游分為若干個梯級；每兩個相鄰的梯級之間的距離是5?10km(根據(jù)庫區(qū)上游河道自然坡比確定，河道比較平緩的兩個相鄰的梯級之間距離適當(dāng)增大，否則其距離減小)。
[0010]⑵.在清理整平好的河床采用大型充填袋技術(shù)分段分層充填2?4層(I?2m高)的充填袋擋沙壩下部壩體；
⑶.大型充填袋技術(shù)的充填施工工藝采用直接機(jī)械攤鋪充填后，現(xiàn)場將土工布縫制成袋的施工工藝進(jìn)行；
⑷.大型充填袋技術(shù)中充填入袋土料為水庫清淤的水庫淤積土，不僅可以實(shí)現(xiàn)水庫清淤，而且實(shí)現(xiàn)水庫清淤土的廢棄土利用，具有良好的保護(hù)環(huán)境功效；
(5).大型充填袋技術(shù)充填袋擋沙壩下部壩體完成后，在其上部采用石籠網(wǎng)建設(shè)擋沙壩上部壩體；
(6).擋沙壩主體結(jié)構(gòu)完成后，其壩坡采用廢舊輪胎、石籠護(hù)面等防護(hù)方式并結(jié)合合理的生態(tài)防護(hù)技術(shù)對擋沙壩進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，擋沙壩上、下游區(qū)域采用本地植物如蘆葦，水柳、紅柳等植物進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，所選擇植物及其生態(tài)恢復(fù)實(shí)施以不影響水庫河流正常行洪要求為宜，生態(tài)防護(hù)和恢復(fù)選取的植物物種盡量選擇本地具有良好固土作用植物，依靠河流自然來水可正常生長。
[0011]換言之，本發(fā)明水庫清淤防沙生態(tài)技術(shù)構(gòu)成是:在水庫上游回水區(qū)以上河道上采用大型充填袋技術(shù)分段分層充填2?4層(I?2m高)的充填袋擋沙壩下部壩體，大型充填袋技術(shù)直接采用水庫清淤土作為袋體充填土料，充填袋充填厚度50?80cm，然后在其上部采用石籠網(wǎng)建設(shè)擋沙壩上部壩體。擋沙壩主體結(jié)構(gòu)完成后，壩坡采用廢舊輪胎、石籠護(hù)面等防護(hù)方式并結(jié)合合理的生態(tài)防護(hù)技術(shù)對擋沙壩進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，擋沙壩上、下游區(qū)域采用本地植物如蘆葦，水柳、紅柳等植物進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。
[0012]本發(fā)明有以下優(yōu)化方案:
1、所述的土工布大型充填袋的特點(diǎn)為:尺寸大，袋體長度>20m，寬度為堤身全寬度。
[0013]2、所述的土工布大型充填袋，是采用強(qiáng)透水性土工布制作的充填袋，其中的強(qiáng)透水性土工布的縱、橫向抗撕裂強(qiáng)度均大于35kN/m、允許拉伸變形大于18%，有效孔徑O95=0.1 ?0.2mm。
[0014]本發(fā)明提出水庫清淤防沙生態(tài)技術(shù)具有以下特點(diǎn):大型充填袋技術(shù)建設(shè)擋沙壩，對壩基河床基礎(chǔ)要求低，僅需對修建擋沙壩的壩址進(jìn)行簡單分區(qū)域整平；利用水庫清淤土的大型充填袋技術(shù)中充填入袋土料為水庫清淤土料，充填土料就地取材，可以達(dá)到水庫清淤廢棄土的重新利用和保護(hù)環(huán)境功效，充填袋袋體材料為高強(qiáng)度土工布，具有良好加筋作用以保證擋沙壩穩(wěn)定安全；擋沙壩上部采用石籠網(wǎng)可滿足枯水期河流來水直接通過生態(tài)石籠網(wǎng)壩體初步過濾后下泄入庫，提升入庫河水水質(zhì)，對豐水期來水漫壩入庫時候河水對擋沙壩的沖刷也具有良好防御作用，保證擋沙壩安全；擋沙壩下游表面采用廢舊輪胎、石籠網(wǎng)結(jié)合植物構(gòu)建的生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，對抵抗擋沙壩過水沖刷具有良好防御作用；構(gòu)建的生態(tài)擋沙壩及其上、下游區(qū)域均采用與本地環(huán)境友好的生態(tài)治理和恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行改造和恢復(fù)，具有良好的自然生態(tài)效應(yīng)。
[0015]本發(fā)明在工程建設(shè)中就地取材使用水庫庫區(qū)的清淤土建設(shè)水庫上游河道擋沙壩并進(jìn)行生態(tài)防護(hù)和恢復(fù)，不僅降低建設(shè)成本，而且改善水庫和河流生態(tài)環(huán)境。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明設(shè)計合理、工藝簡單、易于施工、操作方便、成本低、易于推廣，生態(tài)功能良好，適用于中西部地區(qū)大型水庫庫區(qū)植被嚴(yán)重破壞、生態(tài)環(huán)境惡化、水土流失嚴(yán)重水庫的淤積防治和生態(tài)治理工作。
[0017]現(xiàn)有技術(shù)中的淤地壩主要壩型為黃土均質(zhì)壩，有少量土石混合壩和石拱壩，筑壩建筑材料有一定要求，不能直接取自庫區(qū)內(nèi)原有淤積土，部分材料還需要外購。而本發(fā)明提出的水庫清淤防沙的梯級擋沙壩生態(tài)系統(tǒng)中建設(shè)梯級擋沙壩主要建筑材料均來源于本地區(qū)，采用大型充填袋技術(shù)建設(shè)而成的擋沙壩下部建筑材料為水庫淤積土，在建壩的同時也起到水庫清淤功效。由于中國西北地區(qū)水庫淤積土主要為分散性土，直接用具有分散特性的水庫淤積土筑壩建設(shè)的壩體不能抵抗擋沙壩過流時河水沖刷作用，基于此，本技術(shù)中提出采用大型充填袋技術(shù)將水庫淤積土保護(hù)于高強(qiáng)度土工布形成的大型充填袋內(nèi)加以保護(hù)形成大型充填袋擋沙壩壩體，同時大型充填袋袋體材料具有良好加筋作用，采用大型充填袋技術(shù)形成壩體的整體性較采用小型編織袋裝水庫淤積土筑壩更好，且配以本技術(shù)提出的配套施工工藝具備更快的施工效率，因此采用大型充填袋技術(shù)利用水庫清淤土建設(shè)擋沙壩下部壩體結(jié)構(gòu)可以起到防沖和提升壩體穩(wěn)定之雙重功效，更好保障擋沙壩穩(wěn)定安全，且能更快完成擋沙壩建設(shè)，可以保證在一個水文年的枯水期內(nèi)完成整個擋沙壩體建設(shè)工作。
[0018]由于西北地區(qū)水庫淤積土本身具有較好的滲透性，本技術(shù)中采用大型充填袋技術(shù)充填水庫清淤土建設(shè)而成的擋沙壩壩體本身具有良好的滲透性，但可以攔擋上游水土流失形成的夾沙水中來沙和土顆粒并使其沉積于擋沙池前，且擋沙壩上部壩體為石籠網(wǎng)壩體，透水特性良好，因此本技術(shù)提出的擋沙壩結(jié)構(gòu)整體通水性好，可以保證庫區(qū)上游來水經(jīng)過擋沙壩進(jìn)行簡單過濾后順利入庫，不影響水庫正常運(yùn)行，且對入庫來水起到一定凈化作用，大大減少水庫后期淤積。
[0019]由于汛期來水量大，僅靠半透水擋沙壩透水流量不足以下泄汛期上游全部來水，因此本技術(shù)中擋沙壩上部設(shè)計石籠網(wǎng)上