[发明专利]一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法

说明书

本发明公开了一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法，属于水利工程的排沙技术领域。由于大坝上游存在天然的主槽和滩地，枯水期的滩地高位露出在河面上方，故而可利用小型设备开展挖槽的施工作业，然后在河流汛前引水入槽，使槽外滩地泥沙塌落，最后降低水库水位将泥沙排走，从而实现坝前库容的恢复。该方法通过对临界状态下的湿土边界进行抗滑稳定性验算，确定设计挖槽深度，通过淤泥的起动流速计算槽内开挖最优比降。本发明的方法不仅设计及施工方案简单，不需要大型的起重设备和搬运设备，造价经济且合理，而且巧妙利用水位涨落规律，排沙时挖槽内的含沙水流浓度高、清淤效果好，适用于小型多沙河流支流和大中型多沙河流干流。

技术领域

本发明属于水利工程的排沙技术领域，具体涉及一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法。

背景技术

在多沙河流上的水库会因泥沙淤积而降低有效库容，减短水库使用寿命。我国北方河流多为此类河流，且径流年内分布不均匀，现已修建诸多水利枢纽进行水量调节。修建水利枢纽可有效提高河流防洪能力，并对上下游工农业经济发展具有重要作用。但河流泥沙含量高的现实造成了北方水库淤积严重，入库泥沙蚕食有效库容，直接减短了水库寿命，影响了水库效益。老旧库区因在规划设计时对排沙的考虑不周而导致的坝前淤积问题更为严重，有必要采取一定的工程措施。

目前，国内外对水库泥沙清理和恢复开展了大量的研究。例如，布置排沙孔洞或在水库上游修建拦沙堰或烂泥库可缓解水库淤积问题。通过排沙孔洞可直接将含沙水流排出库区，但该方法拉沙范围较小，耗水量大，据实测资料分析，在许多湖泊上修建的排沙孔洞效果均不理想。拦沙堰通过“堰上过水、堰下拦沙”的方式达到在上游防止泥沙流失或流失，但该方法一般在小流域中被采用，对于较大型河流干流，拦沙堰相当于一座矮坝，将使得干流河床中的泥沙向河流更上游侧淤积，造成河床抬高等不确定问题。

机械清淤是解决水库淤积的另一种有效方式，通过挖泥船等清淤机械设备，直接将淤积泥沙吸走。但机械清淤存在如下不足：(1)山区水库运输条件差，清淤设备、淤积土体难以搬运；(2)挖泥设备操作成本高、作业范围小；(3)当水下泥沙固结程度不高、浑水浓度较低时，清淤效率也随之降低，存在不确定性。

因此，为延长水库寿命、保证水库运行安全以及其他各项功能的正常发挥，并综合上述方案中存在的不足之处，有必要探索一种有效可行、经济合理的排沙方案，使得多泥沙河流水库正常运行。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法，设计及施工方案简单，不需要大型的起重设备和搬运设备，造价经济且合理。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计方法，该高滩深槽水库坝前恢复库容的挖槽设计包括河道主槽，沿所述的河道主槽方向，在河道主槽外的高滩上平行设置挖槽，所述的挖槽平行于河道主槽的直线方向，在垂直于挖槽的方向平行设置用于向挖槽引水的引水槽，所述的引水槽将河道主槽和各个挖槽相连通；其设计方法，包括如下步骤：

步骤1，枯水期时，在河道主槽外，宽度为B_滩的高滩上，沿河道主槽方向开挖多条宽度为B_槽的挖槽，挖槽平行分布在整个高滩上；

步骤2，记每条挖槽长为L_i,i＝1，2，3，...，j，其中，i为挖槽的数目，j为正整数；测量坝前高滩淤积土体试样力学参数，测量得到高滩顶部高程Z和主槽中水位Z₀，位于水面线以上的干土层高度记为H_干，根据几何关系，H_干＝Z-Z₀，位于水面线以下的湿土层高度记为H_湿，根据几何关系，H_湿＝H₀-H_干；

步骤3，确定设计挖槽深度H₀；