五家渠市八一水庫清淤工程方案探討

鄒 偉

（新疆五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300）

干旱和半干旱地區的水庫容易受到泥沙淤積的影響，現代工業廢水排放加劇了淤積狀況，淤積嚴重的水庫需要開展清淤工程，以恢復庫容和生態環境。水庫清淤的方式多種多樣，選擇合適的清淤方案有利于降低施工成本。清淤土的處置也是工程難點之一，本文以五家渠市八一水庫為例，探討分析了干旱地區水庫的清淤方案。

1 水庫概況

五家渠市八一水庫位于天山北麓準噶爾盆地南緣山前沖積平原上，屬新疆建設兵團第六師水利管理處管轄，水庫位于102團團部（梧桐鎮）東南1.5 km，南側及西側緊靠米東區羊毛工鎮，東側為甘莫公路，北靠102團團部。八一水庫距烏魯木齊市62 km，距五家渠市24 km。海拔高程在466 m～460 m之間。由于修建年代久遠，加上泥沙和廢水排入，水庫淤積較為嚴重。

八一水庫上游水源主要由三大部分組成，一是猛進水庫調水；二是老龍河地表水，與猛進水庫調水一起通過八一引水干渠入庫；三是上游東、西陰溝。猛進水庫的上游水源包括烏魯木齊河和頭屯河，在汛期暴雨洪水期有一定的泥沙入庫，但近幾年猛進水庫向八一水庫的調水明顯減少，泥沙入庫量少。老龍河的下泄水量主要是烏魯木齊市和米東區的生活、工業廢污水，水質很差，雖然泥沙較少，但懸浮顆粒、垃圾較多。東、西陰溝由黑溝河以及羊毛工鎮農田中的陰溝組成。黑溝河由東山水系的白楊河和鐵廠溝河在三道壩南側匯流形成，主要水源包括冰雪融化的洪水、工業生活污水以及上游砂石料場的洗砂廢水。東西陰溝是目前八一水庫泥沙主要輸入水源，泥沙主要包括汛期暴雨洪水攜帶泥沙以及生活污水雜質和工業廢砂料。受污染物沉積和廢水入庫影響，現水庫內水體中氨氮和總氮嚴重超標，水質為劣V類。每年3月水庫泄水時，水體呈黑暗色，并伴有惡臭；到6月～8月，水庫內水溫升高，大量的水蚤和紅線蟲爆發，污染水質，懸浮顆粒輸送至下游，容易堵塞農業灌溉用滴灌管，使102團農場職工深受其害。

八一引水干渠和東西陰溝兩個主要水源進水口區域是八一水庫主要淤積區，至2015年，水庫淤積134.27萬m3。兩個進水口在八一水庫庫盤南側的范圍，經勘察該區內地層主要由低液限粉土、低液限粘土、含細粒土砂構成，淤積深度約1.5 m。因水庫淤積，水質變差、水庫蓄水可供水量減少，影響漁業生產和農業正常灌溉。清淤工程的實施，可以恢復水庫庫容，部分改善水質和提高灌溉保證率。

2 清淤工程方案

八一水庫每年10月至來年2月，蓄水量在2000萬m3左右，此時間段在保證2000萬m3蓄水量后，水庫不再蓄水；每年3月和9月為水庫的主要蓄水期；4月下旬至8月是灌溉期，水庫為102團農業灌溉放水，蓄水量減少，最小蓄水量為8月下旬的800萬m3。庫盤內清淤滿足施工機械操作的清淤厚度一般不小于40 cm，滿足施工條件的只有水位高程線461.0 m以南的庫盤區，淤積量為95.36萬m3。

2.1 清淤方案比選

目前，水庫清淤主要有兩類，一類是干水作業，一類是帶水作業。干水作業需要排空作業區，帶水作業主要由專業船舶完成[1]。兩類方法均可以滿足本工程清淤要求，但各有利弊，兩方案對比如下：

方案一：將水庫水面高程退至462.0 m，水庫庫容約907.63萬m3，根據水庫近5年水庫逐月蓄水量曲線圖分析，水庫8月中旬水庫蓄水量為862.6萬m3，在庫容范圍內，可保證下游灌溉需水量。此時，水庫水位已退回水位高程線462.0 m以北，可滿足干清水庫的施工條件。水庫南端東西兩個入水口高程線462 m以南的可清淤量為88.72萬m3，占總淤積量的93%。施工安排上，從8月開始，將庫盤清淤區曬干至11月上凍初期，采用挖掘機直接進入清淤區挖掘：按照10臺1m3挖掘機挖掘，每臺挖掘機配備5輛5 t卡車拉運，1臺挖掘機每個臺班挖方500 m3,1天2個臺班1000 m3，10臺挖掘機1天挖方1萬m3，清除全部淤積質需有效工期3個月，估算總投資約2468萬元。

方案二：在水庫庫容達到3000萬m3時，采用具有自排功能的水上清淤設備。當水位高程達464.5 m時，淤積區域水深1.5 m～2.0 m，滿足挖泥船的施工所需水域條件，該水位滿足施工條件的淤積量為95.36萬m3，即可100%清淤。施工中，可選用適合施工條件1900KW絞吸式挖泥船1艘，經水上清淤，再通過排泥管將淤積質排至南側壩線附近，排距控制在1.5 km以內。該船舶設計產量500 m3/h，要完成所有清淤需有效工期8個月，估算總投資約3115萬元。

通過以上方案比較，方案一優點是采用挖掘機挖掘，施工工藝簡單、節省投資，且工期短、節省時間。缺點是只能完成93%的淤積量，施工場地要求高，水庫騰庫晾曬時間長，影響灌溉輸水。方案二優點是可100%完成具備條件清淤量，工期安排在3月末至5月初，不影響農業灌溉，施工條件較好。缺點是采用挖泥船清淤，排泥管排泥，要求清淤區域水深不小于1.5 m，而水庫每年高水位只有2個月，全部工期預計4年，施工工期長，清淤費用相對較高。

由于方案一施工工序簡單，便于施工，并且較方案二減少大量投資，8月至11月施工，次年1月至3月可以將水庫蓄滿。因此本次清淤工程選取方案一，即騰庫晾干清淤區后，采用挖掘機清淤。

2.2 清淤土堆填工程方案對比

由于工程清淤量大，清淤土雖然是一種潛在利用價值大的資源，但處置困難。目前，清淤土資源化技術主要有修復擾動土地、用于農業園林土地、充當填方材料、制作成建制材料、用于污水處理等[2]。針對本次工程清淤土的特性，提出以下四種方案進行比選。

方案一：修復受擾動的土地。受擾動的土地是指由于破壞而需要復墾的土地，例如地表嚴重破壞區、建筑取土廢用的深坑、垃圾填埋場、各種采礦后殘留的礦場、森林采伐場等。此類土地由于被嚴重擾動，已經失去土地應有的優良特性，直接種植植物很難成活。而清淤土中所含有的有機物，可以改良土壤特性，修復后土壤養分提高，提高了地表植物的成活率。

方案二：制作混合堆肥用于農業生產。含有有機質的清淤土自身含有腐殖質膠體，能夠使土壤形成團粒結構，從而具有保持養分作用，同時具有化學肥料不含的有機質肥料，而這恰恰是植物、有機質等必需的營養成分。通過與農作物秸稈混合堆肥制作成有機肥料，用于農業生產中。

方案三：制作建制材料。可用水泥和石灰作為混合添加劑，通過電解作用破壞清淤土的結構，使清淤土中的細胞水和孔隙水得以釋放，并對重金屬等有害環境廢物通過粘土礦物和沸石進行固化，制作成磚；利用清淤土作為水泥生料的配料，其礦物組成及水化產物與硅酸鹽熟料相同，可以滿足水泥產品性能的相關標準。

方案四：用于填方材料。清淤土可以通過干燥，脫水后可滿足填方材料的要求。固化后的清淤土一般可應用于多類工程。清淤土經過固化處理后可以用于道路路基和填方工程；由于固化后的清淤土具有透水性小、強度高的特點，所以它可作為筑堤材料，夠滿足防沖刷、防滲透和邊坡穩定的要求。固化后的清淤土可用于低洼處、深坑等回填工程。

針對以上四種方案展開分析。方案一，由于八一水庫附近沒有擾動土地，距離最近的堆土區位于102團煤電公司南側的荒地，距離15 km。本次清淤量88.72萬m3，拉運量大，距離遠增加成本較多。方案二，根據安徽師范大學針對八一水庫疏浚底泥資源化利用小試研究中期成果：八一水庫淤積土中有機質含量為 80g/kg（干基），氮磷鉀(N+P2O5+K2O)含量為 2.38 g/kg(干基)、酸堿度pH為6.5，無法滿足《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質》（CJ/T309—2009）中表4的營養學標準。因此本次清淤土無法滿足制作堆肥的要求。方案三，與八一水庫地層類似的猛進水庫清淤工程淤積土利用試驗時，將淤積土制作成水泥復合材料用于道路水穩層和現澆渠道的澆筑，其每噸造價高于普通42.5水泥，且使用效果不理想。方案四，可以利用清淤土在水庫南側新堆填一道堤壩或加寬已有堤壩。

因此，從可行性、操作性和節省投資方面考慮，只有方案四滿足本次工程要求。經現場踏勘，在八一水庫附近選定兩處清淤土堆放區域。區域一為水庫南側區域靠近魚塘和耕地，利用清淤土新建一道壩堤。水庫南側魚塘和耕地占地，原屬102團地界，但因靠近米東區已被當地村民改造成魚塘和耕地，隨著水庫淤積，水面線向北移，當地村民勢必將魚塘和耕地向北擴建，占用八一水庫庫區面積。在現狀庫區與魚塘和耕地分界線處，利用清淤土新建一道壩堤，不但能解決清淤土處置問題，還能明確占地界限。區域二為水庫東西兩側大壩下游。即將清淤土堆填至壩后，用于加寬大壩。本著方便拉運，節省投資的原則，分別將東側和西側的清淤土拉運至東西兩側，堆填于壩后，見圖1。

圖1 淤泥吹填堆放布置方案示意圖

經計算，區域一可堆填土方8.54萬m3，可新建壩堤1.56 km；區域二堆填土方67.34萬m3，可鋪蓋壩線6.8 km，從而完全消化淤積堆填土。

3 結語

通過探討五家渠市八一水庫清淤工程的方案選擇，認為干水作業比帶水作業更有優勢，不僅工期短，而且總投資在總投資約2468萬元左右。相反帶水作業需要租借專業挖泥船，工期長，投入費用達到3115萬元。帶水作業成本還未考慮含水率高的淤泥的脫水成本，而干水作業中的淤泥含水率較低，基本上不需要專業脫水裝置。在淤泥處置方案中，雖然現有的技術可以實現淤泥回收利用，但本案中的淤泥營養成分含量低，而制成水泥復合材料的成本高，因此，本案淤泥主要用來加寬現有堤壩。本研究方案適合淤泥富集區高程較高的水庫，清淤工程不影響下游用水，投入低，可行性高，經上報上級相關部門討論后，獲得較高認可度，將成為五家渠市八一水庫清淤的基礎方案。