常莊水庫淤積分析及清淤擴容措施

張 旭

（鄭州市水利建筑勘測設計院，河南 鄭州 450000）

0 引言

水庫淤積會使得水庫功能、安全性和綜合效益持續下降，將減少水庫有效庫容，限制水庫正常調節功能和效益發揮。隨著淤泥向上游發展，水庫區上游土壤將受到影響，出現土地沼澤化、鹽堿化等問題，泥沙上附著的污染物，還會對水庫水質、水體環境及生態環境造成破壞，影響庫尾河道形態，甚至影響大壩安全性能，增加安全事故發生概率。在倡導綠色環保、節約水資源的背景下，加強水庫淤積分析及清淤擴容是一項有利社會民生事業發展的重要舉措。

1 工程概述

常莊水庫是一座以防洪興利、城市應急供水、生態防護、水源保護為主的中型水利工程樞紐，位于河南鄭州市西南賈魯河流域賈峪河上，賈峪河全長32.70 km，流域面積約89 km2，流域內多為淺山丘陵區，地勢南高北低，沖溝比較發育，河槽下切較深，壩址以下地勢平坦。常莊水庫壩址位于鄭州市中原區蓮湖街道常莊村，始建于1959年，工程防洪標準為100年，水庫控制流域面積為82 km2，設計總庫容1 708萬m3，水庫大壩實際高程為135.74 m，水庫下游為鄭州市區、京廣及隴海兩大鐵路干線、鄭洛高速公路、柿園水廠及部分重要工礦企業等，防洪位置十分重要，被核定為重點防洪水庫之一，按照大型水庫進行管理。

2 常莊水庫淤積分析

結合常莊水庫實際情況，對水庫淤積成因進行分析，認為主要包含以下幾方面：

2.1 “7·20”特大暴雨洪水淤積影響

常莊水庫建成至今遭遇了多次較大洪水，尤其是“7·20”特大暴雨，超過建庫以來有水文記錄以來的最大值，水庫水位達到建庫以來的最高水位131.31 m，入庫最大洪峰流量905 m3/s，超過設計洪峰流量，甚至出現管涌險情，造成洪水進入水庫后呈現先沖后淤的情況，大量沖積物沉積在水庫，在大壩、輸水洞、溢洪道等部位淤積嚴重，是常莊水庫淤積重要原因。“7·20”特大暴雨的出現，使得賈魯河、雙泊河超歷史最高洪水位，市內金水河、熊兒河、東風渠等河流持續高水位運行，部分河段發生洪水漫溢，且無法實現全面抽排，導致市區受影響嚴重，城區多條道路積水嚴重，地鐵停運，部分地區鐵路、公路、電力、通信受到嚴重影響，對人民群眾生命財產安全造成重大損失。這也暴露出常莊水庫防洪排澇能力的不足，亟須進行清淤擴容，按照200 年一遇防洪標準進行加固，加強水庫攔洪能力，保障下游防洪安全。

2.2 自然因素影響

常莊水庫水土流失嚴重，流域內原植被稀少，林地以果園為主，蒿類、羊皮草等草皮零星分布在荒坡和河床內，水土流失嚴重，流失方式主要為水力侵蝕和面蝕，流域內溝壑綜合，地面破碎，庫區沿岸及溝道兩側經常年流失侵蝕下切，間或出現散落、崩塌、滑坡等情況。尤其雨季后，導致大量泥沙進入水庫，水庫庫底淤積，年年加重，經實測，原設計死庫容約50萬m3，現留存庫容不多，嚴重威脅大壩安全，縮短水庫壽命。

2.3 人為因素影響

水庫上游及周邊地區有大量村莊，日常生活垃圾處理不當，導致水庫周圍存在大量垃圾，一部分生活垃圾和建筑廢料進入水庫，難以通過泄洪排除，還會導致水質變差，水生動植物減少，進一步加劇水庫淤積和水質破壞。

2.4 工程設備影響

常莊水庫建于1959 年，當時對河流泥沙特性及運動規律研究不足，工程設計中對排沙設施考慮不足，使得庫泥難以排除；同時，該水庫降雨量時空分布不均勻，水資源不足，往往需要先滿足供水需求，缺少充足蓄清排渾水量條件，且每年第一場洪水往往庫容達到警戒水位才會泄洪，大量泥沙沉積在水庫內無法排出，導致水庫淤積量逐年遞增。

3 常莊水庫清淤擴容措施

3.1 清淤擴容原則

常莊水庫清淤擴容應當嚴格按照200 年一遇防洪標準開展作業，對水庫進行清淤擴容，確保達到設計防洪標準，恢復和提升興利庫容，改善水生態環境。此次清淤擴容維持原有防洪任務不變，主要目的是恢復死庫容和興利調節庫容，按照除險加固后批復的死水位和相關特征水庫，保障原有水庫特征水位運行方式不變。水庫清淤擴容還應當確保不新增土地征用和人口遷移，主要針對興利水位以下的區域進行清淤擴容，清理后的淤積物和擴挖后的土方需就近堆放，采取適宜措施進行處理。

3.2 清淤擴容內容

根據庫區周邊地形圖，結合中原區總體規劃及常莊水庫實際情況，因此，此次清淤擴容區域在一級水源保護區內，以林地為主，在具體區域布置和施工階段，應充分參考常莊水庫規劃藍線、“三區三線”要求，確定開挖高程范圍為132～140 m，規避重要建筑設施、面積較大房屋村舍、高程較高的臺地等，最終確定6個開挖區域。

在施工階段，基于水庫不同特征水位、防洪庫容需求、開挖高程及邊坡等要素，確定具體施工方案：

3.2.1 陸上開挖工藝

針對干涸區域淤積物的清理，通常采用陸上開挖工藝，如干涸水庫，借助陸上機械進行挖泥，將泥土裝車后運輸至堆土區，相關調研顯示，大部分干涸水庫道路條件差，需要根據實際情況修建臨時道路，以滿足泥土運輸需求。

3.2.2 水下清淤工藝

針對死水位118.93 m 以下的區域，需要完成42 萬m3的庫容清淤工作，庫底高程目前為118.50 m，需要開挖1.50～3.50 m以達到設計要求；針對興利庫容（119.90～127.10 m），此項目施工需按照原有設計標準進行施工，確定開挖深度為6～10 m，邊坡坡比≥1∶5。清淤方式為水力管道運輸，將小型環保絞吸船運輸至庫區后現場拼裝，將外出淤泥經排泥管道水力運輸至堆土區，將尾水沉淀處理后用抽水泵抽回至庫區，是一種高效清淤方法。具體工藝流程見圖1。

圖1 水下清淤工程流程圖

3.2.3 邊坡比及開挖深度控制

在防洪庫容開挖施工中，施工范圍為127.10 m汛限水位至136～140 m地面高程，開挖深度為7.90～12.90 m，邊坡坡比需按照實際工況條件和庫區水位漲落規律設計施工方案：①汛限水位為127.10～130.50 m 時，在高程130.50 m 處設置3 m 寬的馬道，設計邊坡比≥1∶3。②高程為130.50～135.00 m，在高程135 m處設置3 寬的馬道，設計邊坡比為1∶1.5。③高程135 m以上區域，邊坡高度基本上在3 m左右，部分區域為4～5 m，屬于不浸水邊坡。庫岸地質條件主要為黃土輕粉質壤土，岸坡垂直度接近90°，為典型黃土區地貌。同時，此次開挖施工要求在減少占地和投資的基礎上，盡量增加安全有效庫容，遠離水庫主要建筑，減少對周圍構筑物及生態環境的破壞，在施工中，遵循“陡邊坡、寬平臺”原則，并嚴格按照《黃土區公路路基設計與施工技術規范》邊坡施工相關標準。最終確定若開挖土層符合黃土地質要求，邊坡比為1∶0.30，若開挖后土質為人工填土、砂壤土等，則開挖邊坡比為1∶1.15～1∶2。

4 結語

綜上所述，為確保常莊水庫清淤擴容工程順利開展，在工程開始前，需要詳細調查水庫實際情況，了解水庫淤積成因，結合清淤擴容新要求及勘察情況開展施工，適當調整施工方案，確保項目順利實施。