安防之家讯：中图分类号: T V145+. 24 文献标识码: B文章编号: 1007-2284(2011) 09-0015- 03
作者简介: 曹小武(1971- )，男，高级工程师，主要从事水利工程管理工作。
1 工程概况
深圳市东江水源工程是由深圳市政府投资兴建的大型跨流域调水工程，由东部供水水源工程和供水网络干线工程2 部分组成。工程分别从惠州市惠阳区水口镇和马安镇取水，由东至西横跨深圳龙岗等6 区，输水线路全长136 km。工程分2 期建设，其中，一期工程年供水规模为3. 5 亿m3，二期工程在东江水源一期工程的基础上，改造东江泵站取水口，新建东江二期抽水泵站、永湖二期加压泵站及新建7. 68 km 输水管道。工程全部完成后，总供水规模达到年供水量7. 2 亿m3 。
东江泵站取水口位于惠阳市水口镇上游约6 km的廉福地附近河段的左岸，为一布置于河道弯道段的无坝取水工程。从平面位置看，取水口位于2 个反向弯道之间，凹岸水流顶冲段的下段，取水河段的上下2 个弯道过渡段之间长约2. 5 km，上弯道弯曲角度大于90°。河宽变化由上游向下游逐渐缩小，河宽由1 200 m 缩至下弯道的300 m左右，取水口断面宽度相对较窄，河面宽500 m。左岸弯顶处是一个海拔超过100 m的孤立山包，山包处水流向右急转，主流逼向左岸，山脚迎水面为水流顶冲点，附近河床形成深潭。
工程运行9 年来，取水口至抽水泵站的进水隧洞内及泵站前池，有大量泥沙淤积，并伴有大量沼蛤附着于建筑物内壁，每年不得不利用停水检修期进行人工清淤，影响供水水质及泵站供水效率，对工程的安全正常运行影响很大。
2 取水口泥沙淤积
2. 1 泥沙淤积情况
东江泵站取水口在2002、2 003 年2 次停水检修时，发现取水隧洞、泵站前池泥沙淤积比较严重。其中，2002 年淤沙只在进水隧洞内，而2003 年已淤至泵站前池，影响到工程的取水安全。为解决工程淤沙，曾在取水口前端进行了人工抽沙、修建临时拦沙坎(坎高约1. 0 m) 和在进口前修建叠梁门等临时应急措施。临时工程措施在随后的2004 年停水检修期间通过观具有一定效果。但进入2005 年取水口的淤沙问题再度出现，汛期洪水过后，进水口被淤堵。由于该年6 月份广东全省遭受2 次强台风袭击，流域出现了较大强度的暴雨降水过程,东江的水位也有所上涨(2005 年6 月23 日，取水口上游15 km的岭下站测得洪峰6 890 m3 / s，相应水位20. 67 m，接近20%频率天然洪水7 650 m3 / s) 。
2. 2 泥沙淤积分布
2007 年10 月工程停水检修时，对进水隧洞和泵站前池进行了淤积深度(中点深度) 观测。结果表明，取水隧洞内泥沙淤积深度，自进口向下游逐渐减小，进水隧洞检修闸门最大深度达1. 35 m。越往下游，淤积深度逐渐减小，距进口检修闸门400 m处，淤积深度为0. 55 m。至一、二期支洞(1 号支洞、2 号支洞) 分叉处，主洞淤积深度为0. 4 m。1 号支洞自上游向下游淤积深度由大变小，进口为0. 25 m，向下游变化为0. 17~ 0. 18m; 2 号支洞虽然还没有运用，但也有泥沙淤积，且淤积深度明显大于1 号支洞，亦是自上游向下游淤积深度逐渐减小，进口为0. 80 m，下游段0. 35 m 左右。按具体断面形态估算各段的淤积量，主支洞总淤积量为1 034. 1 m3，隧洞180 m进口段淤积量接近全部淤积量的50%，2 支洞淤积量约为全部淤积量的10%。
2. 3 泥沙淤积物组成分析
从现场取样看，取水口挡污栅到进水隧洞进口渐变段，淤积物主要由0. 25~ 1. 0 mm 的泥沙组成。泥沙中径为0. 56mm。由取水河段悬沙和床沙级配观测结果可知，悬沙中d >0. 25 mm 沙不超过0. 5%，含沙极少。床沙主要由0. 1~ 1. 0mm 的泥沙组成，由此可见，取水口进口附近淤积物主要由河道的床沙组成，悬沙影响不大。
进水隧洞进口段50 m范围取样平均，泥沙中径略小于0. 5mm，两处淤积物中d< 0. 1 mm 细沙均很少，所占百分数仅为1. 77%~ 3. 20%，可见取水口进口处水流强度较大，细沙很难落淤下来。d> 1. 0 mm 的粗沙在河道床沙中含量在5%左右，在淤积物中也很少，该组粒径沙所占百分数不超过2. 2%，说明d >1. 0 mm 的粗沙在床沙中含量不大，进入取水口的量也不大。
进水隧洞中进口段淤积物组成沿程细化趋势很明显，中径粒径向下游迅速减小，粗沙含量越向下游越小，细沙含量越向下游越多。进水隧洞中距进口100 m处和138 m处，淤积物中值粒径由进口的0. 5 mm 左右，迅速减小为0. 25 mm 和0. 16mm。d> 0. 25 mm 的粗沙含量由90%(进口) 、82%(检修门) ,减为48%(隧洞0+ 100) 和16%(隧洞0+ 138) 。由此可见，对于d> 0. 25 mm 的粗沙在进水隧洞中随水流运动衰减是很快的。同时亦发现，d < 0. 10 mm 的细沙含量有所增加，由进口3. 2%增大为13. 6%和20. 2%。
泵站前池中淤积物组成与取水口隧洞进口段的截然不同,中值粒径仅为0. 025~ 0. 046 mm，前池进水段淤积物中径略粗于出水段。还有一个最显著的特点，那就是d> 0. 25 mm 的粗沙含量仅有1. 0%~ 1. 4%。前池进水段和出水段淤积物中d> 0. 1 mm 的含量均在24. 5%左右。可见，前池淤积的泥沙主要d< 0. 25 mm 的泥沙组成。
3 泥沙淤积机理分析
3. 1 取水河段河势变化是泥沙严重淤积的主要原因
本工程取水河段河道上下游均为弯道段，弯道河段水流一般表现为大水顶冲取直，小水坐弯的水流结构特点。由取水河段实测地形资料分析可知，上弯道河宽较大，近年来人工挖沙影响，左、右河槽不甚稳定，且有江心洲出露。因此，取水河段的入流条件不稳定，横向摆动明显。由现场观测可知，近10 余年来，取水河段上弯道主槽位置逐渐偏向左岸，取水口附近主槽靠岸点向上游移动。1996 年和1999 年，上弯道主槽位置基本位于河中，主槽枯水贴流位置接近取水口所处位置。2002 年,上弯道主槽流向变化不大，主槽枯水贴流位置却明显上提。2003 年以后，上弯道主槽位置已靠向左岸，主槽在取水口上游分成左右两汊，一汊由左岸逐渐偏向河中，再靠向左岸，另一汊一直紧临左岸。2005 年7 月出现大洪水过程后，主槽在整个弯道均紧临于左岸。取水口位置近年来基本保持了枯水贴流状况。但主槽弯曲半径增大，顶冲点上提，取水口已处于弯道段的下游，因此，取水口前水流结构和泥沙运动均将发生相应的变化和调整。经分析，取水河段水位流量关系当出现较大洪水时向右偏移，而没有较大洪水的年份，则变化不大。与这种规律不同的是，主槽的横向摆动，即使没有较大洪水时，亦摆动明显，甚至更加剧烈。这种河床演变特性必然影响取水工程泥沙淤积。
3. 2 取水口工程不合理的布局形式加剧了泥沙淤积
工程取水口采用岸坡压力墙式，为水平管式取水，进口段设置拦污栅、回转式清淤机和检修闸门。取水口工程岸顶高程为22. 5 m。原考虑沿岸线平顺布置，由于后来由新施工方案提出修改方案，取水口施工利用岸边天然岩壁作施工围堰，待取水口建成后再打通洞口前的岩壁，节省围堰工程。为此，将取水口沿原方案轴线后退9. 44 m，使取水口工程至原岸线之间形成凹入岸线的一个大喇叭口，喇叭口段长13 m，断面尺寸从6. 9 m×6. 9 m 渐变为5. 4 m×5. 4 m，进口岩坎高程为8. 0 m,为适应东江河床以后可能下切，用一下凹的圆弧段过渡到3. 0m 高程与检修闸门段连接。
闸门段后为引水隧洞，结构型式为圆形钢筋混凝土有压洞(内径为5. 4 m) 。进水隧洞出口段分岔为2 条内径4. 0 m 的支洞与抽水站连接，进水隧洞全长约为715 m，以纵坡1/ 2 000 接泵站进水池。由此可见，采用的岸边漏斗形式的取水口，取水口建于岸线以外，平面上形成喇叭口形。大洪水时，河道水流运动强度大，取水口前水流流速缓，产生横向流速梯度，能量横向交换强烈，这正是泥沙容易淤积的区域，又成为取水口大量进沙的原因。因此，取水口的位置形态，造成了底沙容易进入取水口。取水河段近年来的河势变化，使局部河床冲淤变化加剧。2003 年前后的一段时间，自然的弯道环流条件由于河势的变化位置上提，取水口前河床高程抬升，取水口底坎与河床高差减小，必然造成更大量的进沙情况发生。
4 泥沙淤积治理措施建议
4. 1 修建河道治理工程，确保取水河段河势稳定
受上游修建水库影响，工程取水河段洪峰流量近年来锐减，取水河段航道整治、人为采沙等影响，河道主槽出现明显的横向摆动变化，改变了水流流路，边滩冲蚀侵退，凹岸顶冲点位置上提，取水口前横向环流减弱，引水条件向不利方向转化。
东江水源工程取水河段中小水主流流向横向变动，取水口前枯水主流位置外移，深泓线偏离取水口，下游河道的河床下降引起对本河段水位下降，增加了引水困难。
针对取水河段河势的变化及取水口前河床淤积主槽不稳定问题，应采取河道治理工程。目的在于改善取水河段水流流路，增加取水口前的横向环流强度，降低取水口前河床高程，减小推移质沙进入取水口。
4. 2 取水口改造
结合二期工程扩建，取水口于2007 年进行了改造。在取水口前侧设一活动拦沙闸门(钢叠梁门)，闸门设2 孔，闸门净宽2 m×10 m，中墩宽2. 2 m，闸底高程9. 20 m。闸门采取高水高取、低水低取的运行方式。建闸是减小泥沙进入取水口较有效的工程措施。闸门位置与河岸线基本齐平，闸前水流流态相对平顺。
但需要指出，由于双闸孔的开敞形式，使得闸门双孔进流在大、中流量时，闸门附近流态复杂，漂浮物有堆积甚至堵塞闸孔的可能。此外，修建叠梁门闸门和取水导沙坎对局部河床进行护底硬化，因此阻碍了大洪水时弯顶位置河床冲深下切的自然演变发展，同时起到把水流流向挑向对岸的作用，加剧取水河段河势横向摆动的影响问题值得关注。
4. 3 泵站前池改造
泵站前池平面形状为梯形，池长40 m，池宽14 m和27 m;设一根进水管，管径为3 800 mm，管顶高程为6. 3 m; 池末均匀布置4 台抽水泵，总抽水能力15 m3 / s，抽水管径1 600 mm。
通过对外江流量和工程取水流量选取典型工况进行模型试验，得到泵站前池的流态对比分析，并得到池水流基本集中于出水轴线，能量集中，泥沙容易输至水泵，且前池内回流造成泥沙淤积的基本结论。因此，泵站前池前端出口设置弧形堰,弧形堰顶端距出水管6. 0 m，堰高4. 5 m。设置弧形堰后，池内流态均匀、流速减小。
解决引水工程泥沙问题的关键是减小进沙量，提出符合工程实际的处理措施，并方便可行、实用经济。由实际运行效果看，进入泵站前池的泥沙小于0. 25 mm，大于该粒径的泥沙主要集中在进水隧洞的进口段，因此，可以认为，应尽量让进入泵站前池的泥沙随水流带走，即应采取措施提高前池水流流速,改善水流流态，减少泵站前池泥沙的淤积。
5 结论
东江水源取水工程取水口位置位于弯道的凹岸下游，在自然条件下，靠左岸的顶冲深槽相对较稳定，工程建成运行以来,大量泥沙进入取水口，造成淤积。近期河势的变化使取水口远离弯道顶部，无法利用弯道横向环流，进一步加剧了取水口及进水前池的泥沙淤积。
造成泥沙淤积的主要原因为: 取水口建于岸线以外，取水口前形成喇叭口形的入流形态，底沙容易进入取水口。河势的变化和局部河床冲淤变化没有充分考虑，因此，进沙情况估计不足，取水工程没有采取有效的防沙措施。
通过分析，应当进行局部河势整治，改善引水口前的河势流态。二期采用修建叠梁门闸门，平顺了取水岸线，便于叠梁门安放，具有较好的防止推移质沙进入取水口的效果。但闸门双孔进流，大、中流量时，闸门附近流态复杂，闸内外水流交换,部分底沙仍有可能进入，漂浮物有进入甚至堵塞闸孔的可能,因此闸门形式及运用方式有待进一步优化和改进。
取水河段河势稳定是减小进沙、保证安全取水的关键问题，应加强取水口上下游河段地形的监测，同时开展河床演变分析和取水建筑物前水流泥沙运动规律研究，为改善河势流态、提高引水防沙效果和安全取水提供对策。
参考文献:
[1] 广东省水利水电科学研究所. 深圳市东部供水水源工程东江廉福地抽水站取水口及进水池水工物理模型试验研究报告[R]，1998.
[2] 王延贵，李希霞. 典型引黄灌区水沙分布及其特点[J]. 泥沙研究,1997，(2).
[3] 余新明，罗景. 引水渠道口门泥沙淤积计算[J]. 中国农村水利水电，2007，(12).
[4] 金炜，杨胜发. 川维厂取水口泥沙淤积研究[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版)，2007，(4).
安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/
