虹吸管排水在马颊河治理工程中的应用研究

一、项目背景

马颊河发源于河南省濮阳市金堤闸，流经河南、河北、山东三省，自聊城莘县入山东省，由滨州无棣县入渤海，河道全长425公里，其中山东省335公里。

该河是我市重点大型骨干河道，在我市防洪除涝体系中占有举足轻重的地位。在我市流经夏津、平原、德城、经济开发区、陵县、临邑、乐陵、庆云等8个县（市、区）共37个乡镇。流域面积3704平方公里，耕地面积311万亩。境内河道长205.9公里，堤防长327.3公里，堤顶宽为8米。沿河共10座大型拦河闸。

历史上马颊河流域洪涝灾害频繁发生，1961年至1964年4年连续发生洪涝灾害，以1964年最重，德州市域平均降雨量1044.4毫米，是建国以来雨量之冠，马颊河乐陵跃丰河以下，沿河堤内外同时行洪，地面水深1.5米左右，马颊河中下游一片，遍地行舟。以后随着“一定要根治海河”的号召，加大了工程治理投资力度，抗灾能力大大提高。近年来，由于马颊河多年未经治理，淤积相当严重，遭遇暴雨，支流受顶托，内涝灾害日益加剧，给沿河人民群众生命财产造成了重大损失。1988年，马颊河下游乐陵段成灾面积150万亩，1990年马颊河陵县、临邑、乐陵段成灾面积370万亩，1998年马颊河平原段成灾面积200万亩。目前，马颊河干流工程经过30多年的运行，淤积堵塞已十分严重，河道排水能力大幅降低。根据实测资料，河道平均淤深为2米，局部河段达3米以上。与此相对应的是，总体排水能力降低了60%，局部河段降幅达70%至90%，现有防洪体系已不具有抵御较大洪水的能力，是我市防洪体系中最为薄弱的环节。姜大明省长多次作出指示，提出明确要求。沿河各级人大代表、政协委员和当地政府及人民群众也多次强烈要求加快实施马颊河治理。

二、工程概况

2008年春季马颊河干流重点治理工程位于山东省聊城的冠县、东昌府区、高唐，德州的夏津、平原、德城、陵县、临邑、乐陵以及滨州的无棣等县（市、区），主要是对淤积严重河段实施清淤，疏通排水出路，提高河道排水能力，并部分改善管理设施，为确保安全渡汛，改善工程管理状况创造必要的条件。马颊河干流重点治理工程7标段，即德州段大田桥（213+859）至郭桥扬水站上714m（225+959）段河道清淤，长度12.100km，清淤土方157万m3。按底宽35-50m清淤，排涝流量350-360m3/s。

马颊河干流重点治理工程主要为河道土方清淤及管理单位设施建设等，工程具有防洪、除涝及抗旱等综合功能。项目实施后，对保障流域社会秩序稳定、促进经济可持续发展将起到重要作用；同时可改善水环境、减少水土流失、增加湿地面积、改善气候，促进自然环境和生态环境良性循环。

三、施工组织方案

根据马颊河干流治理工程标准，结合河道淤积土质、清淤河道宽度与弃土放置要求，7标段项目部决定河道土方清淤采用泥浆泵机组开挖，施工动力为临时架设的高压输变线路；弃土围堰利用挖掘机构筑，配以推土机压实。

河道清淤土方开挖使用泥浆泵机组自上而下进行开挖，根据泥浆泵机组单次开挖宽度，一次性开挖至设计河底高程。先开挖供水垄沟，保证各施工段的施工用水畅通，再按各施工段施工要求开挖弃土围堰和排水垄沟。

采用挖掘机和推土机进行清淤围堰施工，在围堰筑坝工作中利用推土机进行压实工作，在围堰筑坝压实后，水力冲挖机组进入施工现场施工。

河道清淤工程施工完成后，利用挖掘机配合推土机整平弃土区，以利还耕。

四、施工中泥浆池排水面临的难题

（一）弃土泥浆池排水任务紧迫

2008年5月马颊河干流重点治理工程七标段施工全面展开，按照当地政府要求，桩号223+127至225+959工段清淤弃土要全部放置在马颊河右岸的泥浆池中。泥浆池土坝高出附近农田6-7m，而本段的河道淤土为：上层0.7-1.2m的粉细砂，下层为1.4-1.8m的红粘土。泥浆泵清淤出的红粘土泥浆不易沉淀，泥浆池中的水位高出农田4-5m时，已严重危及大坝安全，并且5月份降雨已逐日渐多，泥浆池排水迫在眉睫。

（二）电力不足且线路太长，不能用作排水动力

七标段桩号223+127至225+959工段，施工动力全部使用乐陵市化楼镇10KV农用高压线路输送的电力，因10KV高压线路全部安装在马颊河的左岸，而按照乐陵市的要求，清淤弃土需全部放置于马颊河右岸的泥浆池中。此时面临的难题是，施工中4台250KW变压器输变的全部电力，已难于满足14台套泥浆泵机组和清水泵机组的电力需求，若再安装回水电路，将严重影响清淤施工进度，且排水电路将长达400m左右，电力难以保障排水动力需求。

（三）柴油价格较高，将大大提高施工成本

2008年5月时，0#柴油的价格是6元/升左右，若用柴油机作排水动力，将造成施工成本大幅度提高，施工单位难以承受。

五、虹吸管排水在施工中的应用

在面临施工电力供应不足、柴油价格昂贵的两难之际，7标段项目部技术人员创造性地采用了虹吸管排水，解决了泥浆池施工排水的难题，大大降低了施工成本，加快了施工进度，提高了施工效益。

（一）虹吸管排水原理

虹吸管排水原理是由于进水口与出水口的管口水面承受不同的压力，水会由压力大的一边流向压力小的一边，直到两边的压力相等，即泥浆池内的积水排空时，水就会停止流动。利用虹吸现象很快就可将弃土泥浆池内的积水排出。

马颊河干流治理工程7标段内弃土泥浆池池底高程在16.4-15.7m之间，河底高程在6.4-5.5m之间，利用泥浆池池底与马颊河河底10m的自然落差，即可使用虹吸管排出泥浆池内的积水；并且随着清淤泥浆的不断输入，泥浆池池底与马颊河河底的自然落差将不断增大，更有利于使用虹吸管排出积水。

（二）虹吸排水管材的选用

虹吸管进水口需使用有一定硬度的管材（如PVC螺旋管），管道长度根据可形成虹吸排水且可穿过泥浆池围坝即可；为降低施工成本，穿过围坝后的虹吸管可使用“小白龙”PVC软带。

（三）虹吸管排水的具体操作

首先选择在远离泥浆入口处、积水较深且泥浆沉淀好、积水清澈的地方，开挖排水垄沟；再把虹吸管沿排水垄沟铺设至河道内，扎紧虹吸管出水口下端，待虹吸管内充满水后，把虹吸管进水口放入积水中，在泥浆浆围坝内侧靠近积水处定一木桩，用绳子将虹吸排水管固定在积水下高于沉淀泥浆0.2m的地方（这样既可以最大程度地排出池内积水，又可以防止把池内清淤泥浆吸出，造成二次河道淤积。）；然后，解开虹吸管出水口下端，泥浆池内的积水即可不断的排出；最后，为防止虹吸管进水口出现涡旋吸空现象，需在虹吸管进水口系一密封的塑料瓶（或桶），使其漂浮于进水口的水面上，即可有效防止虹吸管吸空现象发生。

（四）虹吸管排水的优缺点

通过马颊河干流重点治理工程7标段的施工实践，可以发现虹吸管排水有以下的优缺点：

优点：虹吸管排水操作简便易行，无动力、成本低，易管护，可有效排出泥浆池内积水。

缺点：虹吸管排水受自然地势影响，排水速度不易控制。

参考文献：

[1]山东省海河流域水利管理局勘测设计研究院.马颊河干流重点治理工程初步设计[M].2007.12.

[2]许史.长距离虹吸管输水试验研究[D].2010.

[3]任景胤.虹吸式进水装置设计中的几个问题及运行效果[J].排灌机械，1985，（05）。

[4]孙世荣.虹吸管技术在疏浚工程施工中的应用浅谈[J].机械疏浚专业委员会第十九次疏浚与吹填技术经验交流会论文与技术经验总结文集，2006.

作者简介：柴旭凯（1973-），男，山东省德州人。中国海洋大学水利工程专业2011级在职研究生。主要研究方向：水利工程。