CN105064291A - 水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统 - Google Patents

Abstract

水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统：在库区上游回水区外河段根据地形情况选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行分区域整平；在清理整平好的河床采用大型水库清淤土充填袋技术分段分层建设充填袋挡沙坝下部坝体，上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；对挡沙坝表面进行生态恢复和防护，挡沙坝上、下游区域河流进行生态恢复。本发明使用库区清淤土来筑堤和构建生态护坡面，就地取材不仅降低建设成本，而且集生态治理和保护于一体，可以减少库区水土流失，明显改善水库上游及周边生态环境。本发明适用于中西部地区大型水库库区植被严重破坏、生态环境恶化、水土流失严重水库的淤积防治和生态治理工作。

Description

水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统

技术领域

本发明属于水利工程领域，具体涉及一种水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，适用于中西部地区大型水库库区植被严重破坏、生态环境恶化、水土流失严重水库的淤积防治和生态治理工作。

本专利受水利部公益性行业科研专项项目“西部中小河流及其岸坡生态防治成套技术研究（No:201301022）”的资助。

背景技术

水库淤积是目前世界上水利水电建设中尚未解决的重大问题。近年来，国际大坝会议、国际灌溉排水会议、国际水力学会议以及许多国家都开始重视这一课题的研究。水库淤积是水流进入库区后，由于水深沿流程增加，水面坡度和流速沿流程减小，因而水流挟沙能力沿流程降低，出现泥沙淤积。水库淤积与许多因素有关，其中最主要的原因是水库蓄水后，库区和回水段的水深及过水断面积增大，水面坡度减小，导致库水流速减缓，输沙能力降低，其挟带的泥沙就部分或全部在水库库底沉积下来。虽然可以采取适当措施减缓淤积的速度，但是，水库淤积通常很难根治。水库淤积治理措施主要有水力排沙、水力冲刷和机械清淤三类。但是，现阶段清除库区中淤积泥沙的费用高于修建同体积水库的费用。减少水库淤积最根本的办法是做好流域内水土保持工作，利用植物屏障，减少流域内产沙量，并将泥沙挡淤在回水以上，本发明提出的技术可以从根源上减少来沙量，从而降低水库淤积量。

当前水库清淤技术基本为空白，而中国9万多座水库目前普遍存在淤积问题，尤其西北地区由于水土流失严重，水库严重淤积，如新疆克孜尔水库设计库容为7亿方，水库上世纪九十年代开始蓄水运行，到目前水库淤积量近2亿方，严重影响水库安全和正常运行，迫切需要提出可靠的水库清淤防淤技术解决水库严重淤积问题。在水库防淤方面中国目前常用的治理方法是建设淤地坝，淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物，其拦泥淤成的地叫坝地。淤地坝是当前中国黄土高原水土流失严重地区重要而独特的治理水土流失的工程体系，该工程体系建设在水库上游也可用于缓解水库淤积。

当前淤地坝主要坝型为黄土均质坝，有少量土石混合坝和石拱坝，筑坝建筑材料有一定要求，不能直接取自库区内原有淤积土，部分材料还需要外购。

发明内容

为了解决水库清淤治理难题，构建自然生态水库，本发明提供一种水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，结合包括库区水土流失治理和防护技术以及库区流域岸坡生态防治技术等在内的水库其它生态防护技术，提升水库生态防护水平，在减少水库上游水土流失的基础上，采用本技术实现水库清淤、泥沙拦挡与生态保护的有机结合，对解决水库淤积，改善水库及其流域生态环境将起到积极作用。

完成上述发明任务的技术方案是一种水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于，操作如下：

在库区上游回水区外河段根据地形情况选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行简单分区域整平；所述的“挡沙坝修建的坝址”自上游到下游分为若干个梯级；每两个相邻的梯级之间的距离是5～10km（根据库区上游河道自然坡比确定，河道比较平缓的两个相邻的梯级之间距离适当增大，否则其距离减小）。

在清理整平好的河床采用大型水库清淤土充填袋技术分段分层建设充填袋挡沙坝下部坝体，上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；

对挡沙坝表面进行生态恢复和防护，挡沙坝上、下游区域河流进行合理生态恢复，提升水库及其上游河流的自然生态水平，改善水库及其流域生态环境，解决水库淤积难题。

更优化和更具体地说，本发明的具体操作步骤如下：

⑴.在库区上游回水区外河段根据地形情况选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行简单分区域整平；所述的“挡沙坝修建的坝址”自上游到下游分为若干个梯级；每两个相邻的梯级之间的距离是5～10km（根据库区上游河道自然坡比确定，河道比较平缓的两个相邻的梯级之间距离适当增大，否则其距离减小）。

⑵.在清理整平好的河床采用大型充填袋技术分段分层充填2～4层（1～2m高）的充填袋挡沙坝下部坝体；

⑶.大型充填袋技术的充填施工工艺采用直接机械摊铺充填后，现场将土工布缝制成袋的施工工艺进行；

⑷.大型充填袋技术中充填入袋土料为水库清淤的水库淤积土，不仅可以实现水库清淤，而且实现水库清淤土的废弃土利用，具有良好的保护环境功效；

⑸.大型充填袋技术充填袋挡沙坝下部坝体完成后，在其上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；

⑹.挡沙坝主体结构完成后，其坝坡采用废旧轮胎、石笼护面等防护方式并结合合理的生态防护技术对挡沙坝进行生态防护，挡沙坝上、下游区域采用本地植物如芦苇，水柳、红柳等植物进行生态恢复，所选择植物及其生态恢复实施以不影响水库河流正常行洪要求为宜，生态防护和恢复选取的植物物种尽量选择本地具有良好固土作用植物，依靠河流自然来水可正常生长。

换言之，本发明水库清淤防沙生态技术构成是：在水库上游回水区以上河道上采用大型充填袋技术分段分层充填2～4层（1～2m高）的充填袋挡沙坝下部坝体，大型充填袋技术直接采用水库清淤土作为袋体充填土料，充填袋充填厚度50～80cm，然后在其上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体。挡沙坝主体结构完成后，坝坡采用废旧轮胎、石笼护面等防护方式并结合合理的生态防护技术对挡沙坝进行生态防护，挡沙坝上、下游区域采用本地植物如芦苇，水柳、红柳等植物进行生态恢复。

本发明有以下优化方案：

1、所述的土工布大型充填袋的特点为：尺寸大，袋体长度>20m，宽度为堤身全宽度。

2、所述的土工布大型充填袋，是采用强透水性土工布制作的充填袋，其中的强透水性土工布的纵、横向抗撕裂强度均大于35kN/m、允许拉伸变形大于18%，有效孔径O₉₅=0.1～0.2mm。

本发明提出水库清淤防沙生态技术具有以下特点：大型充填袋技术建设挡沙坝，对坝基河床基础要求低，仅需对修建挡沙坝的坝址进行简单分区域整平；利用水库清淤土的大型充填袋技术中充填入袋土料为水库清淤土料，充填土料就地取材，可以达到水库清淤废弃土的重新利用和保护环境功效，充填袋袋体材料为高强度土工布，具有良好加筋作用以保证挡沙坝稳定安全；挡沙坝上部采用石笼网可满足枯水期河流来水直接通过生态石笼网坝体初步过滤后下泄入库，提升入库河水水质，对丰水期来水漫坝入库时候河水对挡沙坝的冲刷也具有良好防御作用，保证挡沙坝安全；挡沙坝下游表面采用废旧轮胎、石笼网结合植物构建的生态防护结构，对抵抗挡沙坝过水冲刷具有良好防御作用；构建的生态挡沙坝及其上、下游区域均采用与本地环境友好的生态治理和恢复技术进行改造和恢复，具有良好的自然生态效应。

本发明在工程建设中就地取材使用水库库区的清淤土建设水库上游河道挡沙坝并进行生态防护和恢复，不仅降低建设成本，而且改善水库和河流生态环境。

本发明的有益效果是：本发明设计合理、工艺简单、易于施工、操作方便、成本低、易于推广，生态功能良好，适用于中西部地区大型水库库区植被严重破坏、生态环境恶化、水土流失严重水库的淤积防治和生态治理工作。

现有技术中的淤地坝主要坝型为黄土均质坝，有少量土石混合坝和石拱坝，筑坝建筑材料有一定要求，不能直接取自库区内原有淤积土，部分材料还需要外购。而本发明提出的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统中建设梯级挡沙坝主要建筑材料均来源于本地区，采用大型充填袋技术建设而成的挡沙坝下部建筑材料为水库淤积土，在建坝的同时也起到水库清淤功效。由于中国西北地区水库淤积土主要为分散性土，直接用具有分散特性的水库淤积土筑坝建设的坝体不能抵抗挡沙坝过流时河水冲刷作用，基于此，本技术中提出采用大型充填袋技术将水库淤积土保护于高强度土工布形成的大型充填袋内加以保护形成大型充填袋挡沙坝坝体，同时大型充填袋袋体材料具有良好加筋作用，采用大型充填袋技术形成坝体的整体性较采用小型编织袋装水库淤积土筑坝更好，且配以本技术提出的配套施工工艺具备更快的施工效率，因此采用大型充填袋技术利用水库清淤土建设挡沙坝下部坝体结构可以起到防冲和提升坝体稳定之双重功效，更好保障挡沙坝稳定安全，且能更快完成挡沙坝建设，可以保证在一个水文年的枯水期内完成整个挡沙坝体建设工作。

由于西北地区水库淤积土本身具有较好的渗透性，本技术中采用大型充填袋技术充填水库清淤土建设而成的挡沙坝坝体本身具有良好的渗透性，但可以拦挡上游水土流失形成的夹沙水中来沙和土颗粒并使其沉积于挡沙池前，且挡沙坝上部坝体为石笼网坝体，透水特性良好，因此本技术提出的挡沙坝结构整体通水性好，可以保证库区上游来水经过挡沙坝进行简单过滤后顺利入库，不影响水库正常运行，且对入库来水起到一定净化作用，大大减少水库后期淤积。

由于汛期来水量大，仅靠半透水挡沙坝透水流量不足以下泄汛期上游全部来水，因此本技术中挡沙坝上部设计石笼网上部坝体以及石笼网或废旧轮胎生态护面结构等防护结构以保护挡沙坝能够承受汛期洪水过坝对挡沙坝的冲刷作用，保证挡沙坝稳定和安全。

本发明提出的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统还在各级挡沙坝上、下游采用本地植物构建地表生态恢复系统，利用该地表生态恢复系统可以对库区上游地表土层起到良好固土作用，减少库区上游水土流失，进一步减少水库后期淤积。且该地表生态恢复系统中植物仅依靠水库河道正常来水即可满足正常生长需要，无需建设额外辅助灌溉系统，从而节省运行维护资金。

本发明针对西北地区水库清淤和防淤难题，因地制宜，提出了一种简单实用的特殊挡沙坝结构型式及其配套建设技术，并结合良好的生态恢复和防护系统，形成一种水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，为我国西北地区水库清淤和防淤难题提供了整套切实可行技术，且操作方便、建设和运行维护简单、成本低、易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例的水库清淤防沙生态挡沙坝结构断面图。

图中，河床基础1，水库清淤土充填袋坝体2，石笼网或废旧轮胎生态护面结构3，植物插筋4，石笼网坝体5，表面植物护面6，上、下游坡植被护面7，芦苇等水生植物8，小型水生灌木等植物9。

图2是本发明实施例的水库清淤防沙生态梯级挡沙坝系统沿库区上游布置图。

图中，第一级水库清淤防沙生态挡沙坝10，第二级水库清淤防沙生态挡沙坝11，第n级水库清淤防沙生态挡沙坝12。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本发明方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，在水库回水区外的上游河道，根据地形情况，选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行简单分区域整平；以水库清淤土料作为充填料，采用大型充填袋技术分层充填2～4层（1～2m高）的充填袋挡沙坝下部坝体；在充填袋挡沙坝上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；挡沙坝坝体采用生态护面对坝体表面和上、下游区域采用合理的生态防护和恢复技术进行保护和生态恢复。该技术发明在工程建设中就地取材使用水库库区的清淤土建设水库上游河道挡沙坝并进行生态防护和恢复，不仅降低建设成本，而且改善水库和河流生态环境。

参照图1：在需清淤防淤治理的水库回水区外的上游河道，根据地形情况，选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址河床1进行简单分区域整平，其上采用大型充填袋技术建设水库清淤土充填袋坝体2，其上采用石笼网结构构建挡沙坝上部坝体5，水库清淤土充填袋坝体2的下游坡面采用石笼网或废旧轮胎生态护面结构3进行防护和生态恢复，石笼网或废旧轮胎生态护面结构3用植物插筋4固定在水库清淤土充填袋坝体3上，充填袋和石笼网或废旧轮胎构建的挡沙坝上、下游及其表面采用爬山虎、灌木植被或草皮等进行生态恢复和防护构建表面植物护面6和上、下游坡植被护面7，挡沙坝上游区域采用芦苇等水生植物8对其进行生态恢复，下游区域采用小型水生灌木等植物9对其进行生态防护和恢复，形成生态性能良好的水库拦沙防淤自然生态系统。

该技术建设水库生态挡沙坝具有以下特点：大型充填袋具有良好的适应地基变形能力，对地基要求低，修建挡沙坝的坝址河床仅需做简单整平处理即可满足大型充填袋筑堤技术要求，可大大减少坝基处理工程，节省费用；充填入袋土料为水库清淤泥土，充填土料就地取材，不仅可以实现水库清淤功效，也可实现水库清淤废弃土的重新利用和保护环境功效；充填袋袋体材料为高强度土工布，具有良好加筋作用可以保证挡沙坝稳定安全并提升其抗冲刷能力，还有利于缩小和优化坝体断面，节省费用；坝体生态防护系统对抵抗水流冲刷侵蚀等具有良好防御作用；建设形成的生态挡沙坝及其上、下游区域均采用与本地环境友好的生态治理和恢复技术进行改造和恢复，构建完成的水库清淤防沙生态系统具有良好的自然生态效应。

实施例2，如图2，邻近库区的第一级生态挡沙坝10拦沙蓄满后，采用本技术以实施例1相同建造工艺沿水库回水区以外上游区域逐级建设生态挡沙坝11、12……，上一级生态挡沙坝采用大型充填袋技术建设挡沙坝所需充填料直接采用下级挡沙坝拦蓄形成的淤积料，在需进行防淤清淤的水库上游河流构建梯级防沙生态系统，并结合包括库区水土流失治理和防护技术以及库区流域岸坡生态防治技术等在内的水库其它生态防护技术，提升水库生态防护水平，在减少水库上游水土流失的基础上，实现水库泥沙拦挡与生态保护的有机结合，改善水库及其流域生态环境，解决水库淤积难题。

Claims (9)

1.一种水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于，操作如下：

在库区上游回水区外河段根据地形情况选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行分区域整平；所述的“挡沙坝修建的坝址”自上游到下游分为若干个梯级；在清理整平好的河床采用大型水库清淤土充填袋技术分段分层建设充填袋挡沙坝下部坝体，上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；

对挡沙坝表面进行生态恢复和防护，挡沙坝上、下游区域河流进行生态恢复。

2.根据权利要求1所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于，具体操作步骤如下：

⑴.在库区上游回水区外河段根据地形情况选择合理的位置作为挡沙坝修建的坝址，对修建挡沙坝的坝址进行简单分区域整平；所述的“挡沙坝修建的坝址”自上游到下游分为若干个梯级；

⑵.在清理整平好的河床采用大型充填袋技术分段分层充填2～4层的充填袋挡沙坝下部坝体；

⑶.大型充填袋技术的充填施工工艺根据取土方式、运送距离和运送方式的不同分别采用水力充填或直接机械摊铺充填后现场将土工布缝制成袋的施工工艺进行；

⑷.大型充填袋技术中充填入袋土料为水库清淤的水库淤积土，不仅可以实现水库清淤，而且实现水库清淤土的废弃土利用，具有良好的保护环境功效；

⑸.大型充填袋技术充填袋挡沙坝下部坝体完成后，在其上部采用石笼网建设挡沙坝上部坝体；

⑹.挡沙坝主体结构完成后，其坝坡采用废旧轮胎、石笼护面等防护方式并结合生态防护技术对挡沙坝进行生态防护。

3.根据权利要求2所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：步骤⑴中的所述的“挡沙坝修建的坝址”自上游到下游分为若干个梯级；每两个相邻的梯级之间的距离是5～10km。

4.根据权利要求2所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：步骤⑵中的大型充填袋技术分段分层充填，其充填高度为1～2m。

5.根据权利要求2所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：所述的土工布大型充填袋的特点为：尺寸大，袋体长度>20m，宽度为堤身全宽度。

6.根据权利要求2所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：所述的土工布大型充填袋，是采用强透水性土工布制作的充填袋，其中的强透水性土工布的纵、横向抗撕裂强度均大于35kN/m、允许拉伸变形大于18%，有效孔径O₉₅=0.10～0.2mm。

7.根据权利要求2所述所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：步骤⑹中的“进行生态防护”是指：挡沙坝上、下游区域采用本地植物进行生态恢复，所选择植物及其生态恢复实施以不影响水库河流正常行洪要求为宜。

8.根据权利要求7所述的所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统，其特征在于：步骤⑹中所述的本地植物，是采用芦苇，水柳或红柳。

9.根据权利要求1-8之一所述的水库清淤防沙的梯级挡沙坝生态系统,其特征在于：邻近库区的第一级生态挡沙坝拦沙蓄满后，采用相同建造工艺沿水库回水区以外上游区域逐级建设生态挡沙坝，上一级生态挡沙坝采用大型充填袋技术建设挡沙坝所需充填料直接采用下级挡沙坝拦蓄形成的淤积料，在需进行防淤清淤的水库上游河流构建梯级防沙生态系统。