皎口水庫(kù)清淤方案設(shè)計(jì)

郭曉晶

(浙江省錢(qián)塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江杭州 310016)

1 問(wèn)題的提出

皎口水庫(kù)位于浙江省東部沿海寧波市鄞州區(qū)境內(nèi)，奉化江支流上游大、小皎溪兩條溪流匯合口處，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)、供水的綜合利用的大(2)型水利工程，壩址以上集水面積259 km2，總庫(kù)容1.200 5億m3。水庫(kù)取水口位于庫(kù)盆北支右岸，距離大壩約1.5 km。皎口水庫(kù)建庫(kù)30余年，水庫(kù)工程在正常發(fā)揮洪水?dāng)r蓄功能的同時(shí)，也承受了洪水?dāng)y砂入庫(kù)的侵害。2012年10月對(duì)庫(kù)盆進(jìn)行了地質(zhì)勘察工作，結(jié)果表明:庫(kù)區(qū)平均淤積層厚10.0 m以上，按10.0 m計(jì)算，估算總淤積量約2 000萬(wàn)m3;又根據(jù)表層第①-1層含礫砂淤泥重金屬含量檢測(cè)結(jié)果:庫(kù)區(qū)表層含礫砂淤泥主要為Ⅰ類～Ⅱ類土壤，局部鋅含量為Ⅲ類土壤，按集中式生活飲用水源地土壤等級(jí)考慮，土壤樣本中鎘、銅、鋅、鉛及汞超標(biāo)。為保護(hù)皎口水庫(kù)水質(zhì)，保證水庫(kù)防洪、供水等效益正常發(fā)揮，特對(duì)皎口水庫(kù)進(jìn)行清淤方案設(shè)計(jì)。

2 水庫(kù)清淤的必要性

1)增加庫(kù)容，提高防洪能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)有相當(dāng)部分水庫(kù)因泥沙淤積嚴(yán)重而處于報(bào)廢狀況，而不少應(yīng)該報(bào)廢的水庫(kù)由于沒(méi)有新庫(kù)可替代仍在帶著隱患使用。水庫(kù)淤積所損失的不僅是庫(kù)容，更浪費(fèi)了建造水庫(kù)的良好壩址。現(xiàn)在我國(guó)比較適合建造水庫(kù)的壩址基本已經(jīng)用完，再選擇新的壩址需要淹沒(méi)大量?jī)?yōu)質(zhì)農(nóng)田或大量移民，投入成本巨大且容易成為社會(huì)不穩(wěn)定因素，并對(duì)自然生態(tài)造成破壞。實(shí)施“清庫(kù)”工程就是有效實(shí)施水庫(kù)清淤工程，達(dá)到恢復(fù)或增加有效庫(kù)容的目的。2)保護(hù)水源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)供水矛盾日益突出，皎口水庫(kù)已經(jīng)成為向?qū)幉ㄊ屑爸苓叺貐^(qū)提供優(yōu)質(zhì)飲用水的主要水源地。然而，建庫(kù)30余年庫(kù)區(qū)淤積物逐漸增多，浮藻類大量生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致水庫(kù)趨于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，對(duì)庫(kù)區(qū)居民生活和農(nóng)林牧漁業(yè)造成危害。根據(jù)底淤重金屬檢測(cè)結(jié)果分析，按集中式生活飲用水水源地土壤等級(jí)考慮，土壤中鎘、銅、鋅、鉛及汞超標(biāo)，在一定條件下易形成二次污染。皎口水庫(kù)進(jìn)行清淤后，水質(zhì)狀況可以得到有效的改觀。

3 清淤區(qū)域界定

根據(jù)皎口水庫(kù)庫(kù)區(qū)測(cè)量資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，水庫(kù)中上游庫(kù)區(qū)淤積主要位于水面等高線55.0 m～45.0 m區(qū)域，中下游庫(kù)區(qū)淤積主要位于水面等高線45.0 m以下區(qū)域，以及考慮大壩樞紐工程穩(wěn)定安全、確保取水口水質(zhì)不受本項(xiàng)目施工影響，核定本項(xiàng)目庫(kù)盆清淤限制實(shí)施區(qū)域?yàn)?庫(kù)盆南支距離主壩上游壩址線約500 m以上，庫(kù)盆北支距離取水口上游約500 m以上(見(jiàn)圖1)。

圖1 清淤區(qū)域布置圖

4 清淤設(shè)備比選

4.1 清淤設(shè)備

一般清淤設(shè)施有耙吸式挖泥船、絞吸式挖泥船、鏈斗式挖泥船、鏟斗式挖泥船、抓斗式挖泥船、自航雙抓式挖泥船等六種，按照工作原理一般分為兩大類:機(jī)械式挖泥船和水力式挖泥船。機(jī)械式挖泥船包括抓斗式、鏈斗式、鏟斗式等，其作業(yè)特點(diǎn)是利用挖掘機(jī)具作周期性地切泥、輸送、卸泥。機(jī)械式挖泥船具有操作方便、造價(jià)低廉、施工不受天氣影響等特點(diǎn)，而且通過(guò)不斷的技術(shù)革新，挖掘時(shí)污染物在水中擴(kuò)散情況已大大減輕，底泥的二次釋放已經(jīng)得到有效控制，此外，機(jī)械式挖泥船在挖除大體積淤積物如建筑垃圾、塑料袋、編織袋等有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，因此，在蘇州金雞湖、西湖、北京六海等湖泊的清淤工程中均采用或部分采用了抓斗式或鏟斗式清淤船進(jìn)行作業(yè)。水力挖泥船主要有絞吸式、耙吸式等，由立式泥漿泵輸泥系統(tǒng)、高壓泵沖泥系統(tǒng)、配電系統(tǒng)或柴油機(jī)系統(tǒng)組成。水力挖泥機(jī)的施工原理是模擬自然界水流沖刷原理，借水力作用來(lái)進(jìn)行挖土、輸土、填土，即水流經(jīng)高壓泵產(chǎn)生壓力，通過(guò)水槍噴出一股密實(shí)的高速水柱，切割、粉碎土體，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合物，再由立式泥漿泵及其輸泥管吸送到堆土場(chǎng)，泥漿可用來(lái)填平低洼地或圈堤筑壩。

各種清淤設(shè)備因結(jié)構(gòu)、原理不同，對(duì)各類清淤巖土以及各種工況的適應(yīng)性也存在較大的差異。各種設(shè)備對(duì)清淤巖土的可挖性參見(jiàn)表1;各種清淤設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和不足參見(jiàn)表2。

表1 各種設(shè)備對(duì)清淤巖土的可挖性

表2 各種清淤設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和不足

4.2 清淤設(shè)備選定

水庫(kù)群山環(huán)抱，庫(kù)區(qū)為一山澗盆地，水庫(kù)水域面積約2.96 km2，水下地形高程介于23 m～56 m，庫(kù)盆地面呈緩坡地狀。水庫(kù)中下游庫(kù)區(qū)水深較深，水深約為10 m～26 m，平均水深約為15 m;中上游庫(kù)區(qū)水深較淺，水深約為1 m～10 m，平均水深約為4 m。又根據(jù)皎口水庫(kù)地質(zhì)勘探成果，水庫(kù)表層淤積物主要是礫砂(庫(kù)尾)向下游過(guò)渡為含礫砂淤泥，基本為2級(jí)、9級(jí)和11級(jí)清淤巖土體。1)絞吸式挖泥船。絞吸式挖泥船施工速度快，能較好的將水庫(kù)庫(kù)底淤泥清除，且二次污染較小。皎口水庫(kù)中下游區(qū)域水深較深，清淤難度較大，而且?guī)斓妆韺佑俜e物主要為含礫砂淤泥，因此該區(qū)域采用絞吸式挖泥船進(jìn)行清淤。2)鏟斗式挖泥船。鏟斗式挖泥船造價(jià)低廉，可多臺(tái)同步施工，采用駁船駁運(yùn)淤泥，景觀影響較小，并能較好的清除水庫(kù)庫(kù)底礫砂、淤泥以及建筑垃圾。因此，皎口水庫(kù)中上游區(qū)域采用鏟斗式挖泥船進(jìn)行清淤。

5 結(jié)語(yǔ)

1)皎口水庫(kù)清淤工程的實(shí)施對(duì)增加庫(kù)容、提高水庫(kù)防洪能力、保護(hù)水源及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展等諸多積極的社會(huì)效益是顯著的。2)水庫(kù)清淤區(qū)域須保證大壩樞紐工程穩(wěn)定安全、確保取水口水質(zhì)不受本項(xiàng)目施工影響。3)水庫(kù)清淤設(shè)備按照庫(kù)區(qū)水深及表層淤積物巖土體級(jí)別，可采用絞吸式挖泥船與鏟斗式挖泥船兩種。