本发明属于水利水电工程，特别是涉及一种水坝退役实施方法，具体为一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法。
背景技术：
1、水坝在防洪、市政供水、发电和灌溉方面发挥着至关重要的作用，是基础设施主要组成部分。大坝修建蓄水后，库区水流速度、流量和边界剪切应力的降低，从上游流往下游的泥砂、卵砾石会停留在库区，上游细小的悬浮沉积物以及容易与沉积物及其所含有机化合物结合的污染物也会在库区沉降，也会因下游河床砂卵砾石得不到补充而导致下游河床下切。随着水坝运行时间越长，水库库区沉积物也越多。对于处于河流泥砂含量高的河道且水库库容小的大坝，其库区被沉积物淤满的速度更快。早期建设的很多水坝时至今日基本到达了使用年限。这些水坝在多年运行后不但失去了其经济效益，其坝后也已经完全被泥沙淤满，面临决堤和废弃的老旧水坝构成了不容忽视的公共安全风险。现阶段，以恢复水生生态系统(如连通鱼类洄游通道、恢复被淹没的鱼类栖息地)为拆除大坝最常见的目标。
2、被沉积物淤满的水库失去发电、蓄水供水的功能的同时，也形成了鱼类洄游双重阻隔。一是大坝坝体阻隔；二是泥砂淤满水库导致河道堵塞，破化了鱼类和无脊椎动物的栖息地，如图1所示，使得库区水域变为由多个水网组成的不连片水道，降低了库区水域连通性。虽然修建鱼道是鱼类洄游通道修复的一种可用手段，但对于被沉积物淤满的水库，连通坝下和坝前水域的鱼道其效果存在极大不确定性，一是库区鱼道进水口难以避免被库区沉积物堵塞，二是库区不连片水道可能并不适宜鱼类上溯。现有技术中，授权公告号为cn116289787b的专利公开了一种鱼类三场两通道互连互通及库区生态陷阱避让方法，虽构建了连通坝下至库尾的绕过库区的水道，但并未针对淤积水库进行原始河床复原，另外比例缩小的人工鱼道其效果不如将被淤库区复原到原始河道状态的方式。
3、在干流开发，支流保护的机制下，拆除支流废旧的或己失去大部分功能的水坝已成为河流生态修复一种重要手段，沉积物管理是在水坝退役过程和后续修复工作中需要持续关注的核心内容。如公开号为cn116145610b的专利提出了一种泥沙淤积水库生态拆除及生态修复方法，采取全坝段全拆除和水流冲冲刷排沙的方式，这种常规的拆除方法会导致库区70％左右的沉积物连续流往下游，可能导致重大生态问题，主要是因为：①高浓度泥砂沉积物随下泄水流流往坝下河段，大量细小泥砂填充河床卵砾石之间的空隙，造成河床堵塞，淹没无脊椎动物和爬行类鱼类栖息地；②悬浮沉积物造成水体浑浊，阻挡光线，抑制藻类生长，而藻类和底栖动物是鱼类主要食物来源；③细小沉积物会停留在并堵塞鱼鳃，造成鱼类死亡；④下泄沉积物可能携带其他污染物，如重金属，造成大坝下游河道水体污染；⑤库区大量泥砂下泄并自然堆积会造成下游河道行洪断面降低，增加洪水风险；⑥浊度的升高会降低娱乐美学价值、增加饮用水处理成本及安全影响。
4、另一方面，淤满沉积物的大坝虽然不再发挥发电、供水功能，但很多大坝坝顶道路是连通河段两岸交通往来的主要通道。如何在低影响状态下清除库区沉积物，修复河道连通性的同时，保留坝体交通功能也是大坝退役需要考虑的另一个技术难题。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提出一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，旨在解决以上技术问题。具体为，结合库尾围堰、库表导流槽和坝体排水孔进行导流排水，营造库区沉积物处理干地环境；以历史河道特征为开挖控制指标对库区沉积物进行部分开挖，形成与建坝成库前河流形态接近的新河道，并通过坝下沉积物收集槽截留、收集由施工扰动造成的下泄沉积物；将被处理的沉积物按粒径和成分进行筛分，形成的待用料；将待用料用于被挖河床栖息地营造、补充坝下河道沉积物、被挖河岸稳定和库区植被恢复；通过拦河坝局部退役拆除，将拦河坝转变为过水、过鱼的交通涵洞。
2、为实现上述目的，一方面，本发明提出一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，包括：
3、拦河坝，包括位于拦河坝坝顶表面的交通道路，包括位于拦河坝上游侧并被沉积物淤满的库区；
4、包括用于拦导库尾上游来水流量、位于库尾的导流围堰，包括位于库区沉积物表层的导流槽，包括位于拦河坝上多个贯穿的排水孔；
5、包括对坝下河床开挖形成的沉积物收集槽；
6、包括对库区沉积物处理后形成的与建坝成库前河流地形接近的新河道；
7、包括对拦河坝局部退役拆除后形成的过水、过鱼的交通涵洞。
8、基于上述淤积水库退役拆除和连通性修复结构，本发明提供的淤积水库退役拆除和连通性修复方法包括以下步骤：
9、步骤s1：获取建坝前、成库后的河道形态特征；根据建坝成库前库区河道数字高程模型或地形资料，确定建拦河坝成库前原始河道水面轮廓、河床轮廓、河床断面和河道坡降i；根据水库淤积后拆坝前库区现状影像图，绘制库区沉积物覆盖轮廓和库区河网轮廓；
10、步骤s2：坝下河床开挖形成携带沉积物收集槽；坝下河床开挖，形成沉积物收集槽，收集被水流携带的沉积物；
11、步骤s3：库表水网挖槽导流，坝体内钻孔排水；对远离原始河道水面轮廓一侧的库区水网进行局部开挖，形成位于库区沉积物表层的导流槽；在导流槽上部覆盖导流排水设施，在库区库尾修建导流围堰，将库尾上游水流导入导流排水设施并沿导流槽流往坝下；对高程位于库区沉积物表层以下的坝体进行钻孔形成垂向和横向间隔的多个贯穿的排水孔；通过导流和排水为库区沉积物处置营造干地环境；
12、步骤s4：库区地形重塑为建坝前河道形态特征；按照步骤s1确定的原始河道水面轮廓对库区沉积物进行局部开挖，形成与建坝成库前河流形态接近的新河道；
13、步骤s5：沉积物筛分成形态粒径不同的待用料；对库区开挖的和沉积物收集槽收集的沉积物按泥土沙混合物、砂、卵砾石、块石进行筛分，形成粒径不同的待用料；
14、步骤s6：待用料按粒径进行多方面多区域利用；将待用料用于新河道河床栖息地营造、新河道河岸稳定性营造、沉积物表层植被恢复和拦河坝坝下河床沉积物补充；
15、步骤s7：拦河坝局部拆除，形成坝体过水涵洞；通过拦河坝局部退役拆除，将拦河坝转变为过水、过鱼的交通涵洞。
16、优选的，所述导流槽为坡降大于0的下沉式梯形渠道。
17、优选的，所述排水孔优先对靠近新河道的坝体进行挖钻形成，且排水孔孔径低于50cm。
18、优选的，所述沉积物收集槽是对靠近坝下河段河床进行开挖形成了流速较缓的深水槽，沉积物收集槽长度l和沉积物收集槽深度h，与坝下水流流速v和沉积物收集槽宽度w有关。
19、优选的，所述步骤s3包括：形成导流槽所需被挖沉积物运输至料场，或就近用于填充原始河道水面轮廓之外的库表层低洼地带和库区河网；所述导流排水设施优先选用具有防渗功能的布和排水管道。
20、优选的，所述步骤s4包括：沿原始河道水面轮廓从下游往上游对库区沉积物进行开挖，根据所述步骤s1中确定的河床轮廓和原始河床断面形状进行开挖；所述开挖形成新河道上端靠近库尾围堰，下端与坝体连接。
21、优选的，所述步骤s6包括：用待用料中的砾石和块石对新河道河床进行回填形成砾石河床，回填区域涵盖新河道水面以下通道，回填厚度大于5cm、低于1m；进一步，将待用料中的砂卵石填充砾石河床，填充厚度要求未覆盖回填的砾石和块石，以形成砂卵砾石河床，将开挖后的不稳定新河床改造为可以降低水流冲刷的稳定河床。
22、优选的，所述步骤s6还包括：将本地植物种子掺入待用料中泥土沙混合物中后，将混合植物种子的沉积物装入包装袋，形成植生土工袋；用植生土工袋14对开挖后形成的新河道岸坡和库区沉积物未开挖部分的顶部表层进行覆盖；将污染程度高的泥土沙混合物进行封存，并充当植被生长基质。
23、优选的，所述步骤s6还包括：先用所述步骤s2和所述步骤s4收集到的沉积物对所述步骤s3中的导流槽进行回填，用植生土工袋对回填后的导流槽的顶部表层进行压盖，形成坡顶截水沟。
24、优选的，所述步骤s6还包括：将剩余待用料中的砂、卵砾石运输堆放在拦河坝下游河段的河心沙洲或河心滩地上部，利用洪水期水流冲刷来带动河心沙洲或河心滩上的砂、卵砾石沉积物沿水流运输，以缓慢的近自然方式来补充坝下河床沉积物。
25、优选的，所述步骤s7包括：对靠近新河道一侧的拦河坝进行局部挖钻形成过水、过鱼的交通涵洞，挖钻优先结合并利用已有的排水孔进行，挖钻区域边界距坝顶行车道路路面的距离不低于10cm，挖钻形成的坝体过水涵洞过流能力不低于坝址所在河段多年平均流量。
26、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：
27、首先，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于通过历史、现状河道特征对比来确定库区沉积物部分开挖、坝体部分拆除的具体方式，在保留了坝体交通功能的同时，实现了拦河坝连通性修复和淤满水库连通性修复，降低了修复成本和淤积水库退役拆除沉积物带来的不利生态影响；
28、其次，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于以历史河道特征为开挖控制指标，一方面可以利用建坝成库前原稳定的河床和河岸，另一方面以历史河道为经验，可以减少开挖形状论证带来的工作量；
29、第三，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于利用现状河网打造形成库区表层导流槽，降低了导流开挖量、施工工期和成本。
30、第四，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于利用导流槽支撑的便携式导流排水设施避免导流期间水流对库区沉积物冲刷，避免非开挖区沉积物稳定性破坏；另一方面，导流槽、导流排水设施和坝体排水孔营造库区干地环境，进一步避免沉积物开挖时污染物扩散。
31、第五，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于经过处理的沉积物进行筛分利用，将卵砾石等大粒径沉积物对新挖河床进行覆盖，一是营造稳定河床避免过流水流将冲刷新开挖河床，造成有害沉积物下泄；另一方面为新开挖河道营造出了似自然的河床环境；此外，大粒径石块覆盖增强了河岸稳定。
32、第六，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于对被开挖沉积物进行筛分利用，将小粒径有害沉积物混合植物种子进行包装封存，并用于新挖河道护岸，在降低沉积物污染扩散的同时，有利于河岸稳定和生态景观营造。
33、第七，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于在坝下河段构建的沉积物收集槽对截获在导流槽开挖和新河道开挖期间因排水、渗水携带的有害沉积物具有显著效果，为坝下河段河道生态构筑了第二道生态防线；
34、第八，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于通过将坝体改造为涵洞，在实现大坝连通性改造的同时，保留了坝体交通功能；另一方面，这种坝体部分拆除，部分保留的方法，靠近库区沉积物未清理区的坝体为库区沉积物稳定提供支撑。
35、第九，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于通过将导流期间的导流槽改造为新河道坡顶截水沟，消纳存留了部分被挖沉积物的同时，降低了山体径流对新河道坡体的冲刷。
36、第十，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于将沉积物转为待用料，并用于河床栖息地营造、河岸稳定性营造、库区植被恢复和用于补充坝下河床沉积物，使得开挖的大部分沉积物重新得到利用的同时，较大成都减少了沉积物带来的不利影响。
37、第十一，本发明提供一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其效果在于放置在河心沙洲或河心滩上的库区砂、卵砾石沉积物利用水流冲刷，以缓慢的近自然方式补充坝下河床沉积物，具有显著生态效益和经济效益。
1.一种淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述拦河坝(1)，包括：位于拦河坝(1)坝顶表面的交通道路，位于拦河坝(1)上游侧并被沉积物淤满的库区(2)，用于拦导库尾上游来水流量、位于库尾的导流围堰(7)，位于拦河坝(1)上多个贯穿的排水孔(12)，对坝下河床开挖形成的沉积物收集槽(10)，对拦河坝(1)局部退役拆除后形成的过水、过鱼的交通涵洞(13)；
3.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述导流槽(8)为坡降大于0的下沉式梯形渠道。
4.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述排水孔(12)优先对靠近新河道(11)的坝体进行挖钻形成，且排水孔(12)孔径低于50cm。
5.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述沉积物收集槽(10)是对靠近坝下河段河床进行开挖形成了流速较缓的深水槽，沉积物收集槽长度l和沉积物收集槽深度h，与坝下水流流速v和沉积物收集槽宽度w有关。
6.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s3包括：形成导流槽(8)所需被挖沉积物运输至料场，或就近用于填充原始河道水面轮廓(4)之外的库表层低洼地带和库区河网(3)；所述导流排水设施(9)优先选用具有防渗功能的布和排水管道。
7.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s4包括：沿原始河道水面轮廓(4)从下游往上游对库区沉积物进行开挖，根据所述步骤s1中确定的河床轮廓(6)和原始河床断面形状进行开挖；所述开挖形成新河道(11)上端靠近库尾围堰，下端与坝体连接。
8.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s6包括：用待用料中的砾石和块石对新河道(11)河床进行回填形成砾石河床，回填区域涵盖新河道(11)水面以下通道，回填厚度大于5cm、低于1m；将待用料中的砂卵石填充砾石河床，填充厚度要求未覆盖回填的砾石和块石，以形成砂卵砾石河床。
9.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s6还包括：将本地植物种子掺入待用料中泥土沙混合物中，将混合植物种子的沉积物装入包装袋，形成植生土工袋(14)；用植生土工袋(14)对开挖后形成的新河道(11)岸坡和库区沉积物(5)未开挖部分的顶部表层进行覆盖。
10.根据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s6还包括：先用所述步骤s2和所述步骤s4收集到的沉积物对所述步骤s3中的导流槽(8)进行回填，用植生土工袋(14)对回填后的导流槽(8)的顶部表层进行压盖，形成坡顶截水沟(15)。
11.据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤s6还包括：将剩余待用料中的砂、卵砾石运输至拦河坝(1)下游河段的河心沙洲或河心滩地(16)进行堆放，以补充坝下河床沉积物。
12.据权利要求1所示的淤积水库退役拆除和连通性修复方法，其特征在于，所述步骤7包括：对靠近新河道(11)一侧的拦河坝(1)进行局部挖钻形成过水、过鱼的交通涵洞(13)，挖钻区域边界距坝顶行车道路路面的距离不低于10cm，挖钻形成的坝体过水涵洞过流能力不低于坝址所在河段多年平均流量。
