泥沙淤積治理技術(shù)集錦

1　DHI研究所MIKE模型軟件

DHI(丹麥水力學(xué)研究所)研發(fā)的水庫模擬系列軟件可以加強(qiáng)水庫泥沙的治理，這些模型的適用范圍覆蓋了小型徑流式水庫至大型蓄水式水庫，適用于幾乎任何形式的閘門、溢洪道和取水口。這些模型還可以用于比選方案的測試，進(jìn)而有效地應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行的優(yōu)化。

DHI適用于水庫模擬的系列模型包括以下幾類。

(1)MIKE11一維模型：用于河道及類似水體的懸移細(xì)沙與推移粗沙的輸移模擬，適用于狹長型水庫。

(2)MIKE21二維模型：用于淺水泥沙與變形模擬，主要適用于淺水徑流式水庫，曲線網(wǎng)格模型版本特別適用于長時(shí)段模擬。

(3)MIKE3三維模型：用于包括深水蓄水式水庫的各類水體的泥沙輸移模擬。

具體而言，DHI研究所提供的研究包括：

(1) 現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的分析和現(xiàn)場工程的設(shè)計(jì)與施工；

(2) 基于流域模擬與資料分析的泥沙分析；

(3) 水庫泥沙淤積形態(tài)評(píng)估、水庫沖沙分析及其效果與環(huán)境影響分析；

(4) 徑流式與蓄水式水庫淤積預(yù)防措施設(shè)計(jì)；

(5) 徑流式水庫泥沙處置優(yōu)化；

(6) 泥沙全過程治理；

(7) 下游河道沖淤影響；

(8) 氣候變化影響。

2　SediCon公司疏浚機(jī)

SediCon公司研發(fā)的疏浚機(jī)可以為取水池和水庫提供可靠的泥沙清淤技術(shù)。它采用重力驅(qū)動(dòng)，具有高效率與低水耗特點(diǎn)；采用“定制”設(shè)計(jì)疏浚水庫，適用于長距離輸沙，且滿足任何需求流量。

取水池、日峰調(diào)節(jié)水庫和大型蓄水式水庫通常泥沙淤積嚴(yán)重，淤積泥沙常為細(xì)沙和沙質(zhì)，但也可能涉及黏粒、卵石、漂石(包括各類泥石流)。SediCon公司表示可為每項(xiàng)工程提供“定制”疏浚機(jī)，疏浚機(jī)由吸頭(專利)、移動(dòng)式外管和輕便操作閥組成。

推薦的水力吸沙清淤裝置的主要原理是：利用水庫水位與泄水外管之間的可利用水頭差，泵吸水沙。為避免損失發(fā)電用水，疏浚工作適宜在河流有剩余水量時(shí)進(jìn)行。

操作閥系統(tǒng)包括：上游端連接吸頭的管道，通過閥門操作使其可以在各類水體表面自由移動(dòng)；而在下游端，可移動(dòng)管道穿越水壩與外管連接，并在水壩下游側(cè)設(shè)有出口。操作閥還起到吸頭絞盤與操作系統(tǒng)和裝置操作與錨固系統(tǒng)的協(xié)調(diào)作用。

吸頭的創(chuàng)新在于其特殊的吸沙設(shè)計(jì)，確保了外管恒定的高含沙狀態(tài)，并自動(dòng)維持含沙量與吸沙力之間的平衡，因此吸頭能夠運(yùn)用于深水或難以接近的區(qū)域，且消除了管道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

連接吸頭的可移動(dòng)管道保證了其靈活性，有利于移動(dòng)吸沙，通過改進(jìn)吸沙管道，可以達(dá)到吸排粗沙的目的，并且已在挪威以外世界各地的大量工程中進(jìn)行了全面測試。

疏浚運(yùn)用期間，在穿越水壩所有出口中至少有一個(gè)較優(yōu)出口，在實(shí)際水位以下所有高程中至少有一個(gè)較優(yōu)高程。SediCon疏浚機(jī)還可以代替倒虹吸得到運(yùn)用，此時(shí)外管翻越水壩。SediCon疏浚機(jī)的最大設(shè)計(jì)長度為1 000 m；疏浚含沙量取決于有效水頭與泥沙特性，但典型含沙量區(qū)間為160～400 kg/m3。

疏浚泥沙包括粘性黏土(瞬時(shí)剪切力200 kPa)、細(xì)沙、沙質(zhì)、礫石、卵石與漂石(最大粒徑dmax=400 mm)。通過“定制”設(shè)計(jì)，這一泥沙范圍甚至還可以得到進(jìn)一步突破。

3　HR Wallingford公司模擬軟件

HR Wallingford公司一維模擬軟件RESSPASS平臺(tái)系統(tǒng)可用于長時(shí)段水庫泥沙淤積與沖沙計(jì)算，該軟件考慮了各種水庫模擬選項(xiàng)，采用特殊水力學(xué)“引擎”模塊模擬低能坡水流運(yùn)動(dòng)，采用特別方法模擬細(xì)沙與黏土輸移。目前，該軟件已經(jīng)在世界各地水庫淤積研究中得到了成功應(yīng)用。

該軟件平臺(tái)系統(tǒng)基于建模員儲(chǔ)存、組織和運(yùn)行模型與工具的“集裝箱”，平臺(tái)流程采用某一具體模型或工具的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行方式，流程允許一組模型在一個(gè)單一圖形用戶界面和一種可控制、可重復(fù)和可監(jiān)控方式下使用。平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)置質(zhì)量保障體系，以提高建模員的使用效率。

HR Wallingford公司在自行研發(fā)中已開發(fā)了系列平臺(tái)流程以供使用，目前平臺(tái)系統(tǒng)已向其他組織開放。使用者既可利用已建立的平臺(tái)流程，也可與另外的數(shù)值模型一起使用。該公司表示：平臺(tái)流程的啟用很簡單，公司網(wǎng)站提供教程指導(dǎo)使用者創(chuàng)建流程；該平臺(tái)系統(tǒng)可在微軟系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行，也可以在本地或遠(yuǎn)程微軟系統(tǒng)或者基于HPC/HTC協(xié)議的非微軟系統(tǒng)上進(jìn)行操作和提交數(shù)值模擬任務(wù)。

4　EDT公司清堵技術(shù)

EDT(埃里克特(Ellicott)疏浚技術(shù))公司最近公布了一項(xiàng)新的技術(shù)，即通過設(shè)計(jì)清除吸泵和鉆頭淤堵，降低多沙環(huán)境下的淤堵故障時(shí)間。基于公司IMS和MudCat產(chǎn)品生產(chǎn)線，EDT公司正在為其全部水平鉆頭生產(chǎn)線提供名為“泵防護(hù)器”(專利申請(qǐng)中)的自動(dòng)清淤防護(hù)裝置。

“泵防護(hù)器”是一種高級(jí)版本的水平螺旋鉆防沙屏，通過設(shè)計(jì)允許非干擾水流進(jìn)入污泥泵，鉆頭每次旋轉(zhuǎn)時(shí)得以清洗。7012HP型疏浚鉆頭每秒鐘旋轉(zhuǎn)一次，因而泵防護(hù)器每秒鐘都可得到清洗，從而確保了最大疏浚水流和最小故障時(shí)間。

EDT公司副總裁R.霍頓表示，在多沙地區(qū)或者沙質(zhì)泥沙植被稀疏的地區(qū)，淤堵故障時(shí)間接近于90%。泵防護(hù)器技術(shù)在多項(xiàng)工程項(xiàng)目測試中得到了認(rèn)可，且已經(jīng)在東南亞、加勒比地區(qū)和美國疏浚機(jī)中安裝了泵防護(hù)器，其故障時(shí)間呈指數(shù)減少。

泵防護(hù)器已在東南亞重度污染水道中得到運(yùn)用，減少故障時(shí)間高達(dá)90%。另外，泵防護(hù)器還能夠較好地應(yīng)用于多海草環(huán)境，而海草極可能會(huì)堵塞傳統(tǒng)泥沙防護(hù)器和吸泵。