朔州市下米莊水庫清淤措施探討

韓卓雄，劉 勃

（永定河流域投資有限公司，北京 100091）

水庫清淤對(duì)維持水庫正常運(yùn)營(yíng)、保護(hù)水資源、提升水庫經(jīng)濟(jì)效益等有重要意義， 但受制于技術(shù)設(shè)備欠缺、 淤泥堆放等條件， 一直是水利工程中一大難題。2022 年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等批復(fù)的 《永定河綜合治理與生態(tài)修復(fù)總體方案（2022 年修編）》規(guī)劃從大同市墻框堡水庫引水， 通過口泉河向永定河生態(tài)補(bǔ)水， 在此基礎(chǔ)上永定河流域投資有限公司開展對(duì)口泉河進(jìn)行生態(tài)治理，對(duì)下米莊水庫進(jìn)行清淤。

1 工程概況

下米莊水庫位于下米莊村北， 地理位置東徑113°13′41″，北緯39°52′21″，屬于海河流域，位于永定河水系桑干河支流口泉河中下游。 水庫控制流域面積約314.1 km2，總庫容1144.8 萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖的中型水庫。

水庫于1961 年建成完工，經(jīng)過60 多年運(yùn)行，存在淤積嚴(yán)重、生態(tài)景觀效果不滿足周邊需求等問題。2023 年由永定河流域投資有限公司委托相關(guān)單位進(jìn)行測(cè)量，淤積量229.4 萬m3。

下米莊水庫現(xiàn)狀灌溉面積為2466.66 hm2，50%保證率時(shí)，灌溉需水量886 萬m3。根據(jù)《山西省朔州市懷仁市下米莊水庫續(xù)建配套工程與節(jié)水改造工程實(shí)施方案》，項(xiàng)目經(jīng)節(jié)水改造后，預(yù)計(jì)灌區(qū)灌溉面積4733.33 hm2，50%保證率時(shí)， 灌溉蓄水量926 萬m3。目前水庫最大年供水量295 萬m3， 遠(yuǎn)不能滿足灌溉需求。為提升水庫興利庫容，減少內(nèi)源污染，永定河流域投資有限公司決定在朔州市口泉河河道綜合治理與生態(tài)修復(fù)工程一期的基礎(chǔ)上實(shí)施二期工程：下米莊水庫清淤擴(kuò)容，打造水庫周邊生態(tài)廊道。

2 工程清淤方案

水庫運(yùn)行60 多年來， 期間經(jīng)過兩次除險(xiǎn)加固，但從未進(jìn)行水庫清淤。本次清淤充分考慮水庫管理、淤積現(xiàn)狀及淤積物組成，選擇滿足防洪、供水、養(yǎng)殖和旅游要求的綜合治理方案： ①全面分析水庫淤積型態(tài)、淤積物分布和組成等，制定清淤方案。②盡可能清除興利庫容范圍內(nèi)的淤積質(zhì)， 滿足養(yǎng)殖要求。③清淤過程中避免影響現(xiàn)有建筑物，保證大壩、溢洪道等樞紐工程安全運(yùn)行。 ④結(jié)合國(guó)內(nèi)平均先進(jìn)水平清淤裝備，合理對(duì)水庫進(jìn)行分區(qū)，結(jié)合施工試驗(yàn)完善施工參數(shù)，降低投資成本。⑤考慮施工及場(chǎng)壩尾水回收，保證脫水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。⑥合理安排清淤物堆放位置，充分考慮淤積物資源化利用。⑦充分考慮工程的經(jīng)濟(jì)效益和資金來源。

2.1 清淤方式比較

2.1.1 水下清淤

利用適宜挖泥船對(duì)水庫庫底進(jìn)行清淤， 主要特點(diǎn)是可不受水庫調(diào)度影響，且耗水量小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)；但清淤能力不足，易在汛后再次返工，成本較高。

（1）絞吸式挖泥船。利用絞刀絞松庫底淤積物，在絞刀頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，形成固液兩相混合物，與水混合成泥漿，泥漿含水率達(dá)80%以上，經(jīng)過吸泥管吸入泵體后，排至指定堆泥區(qū)。適用于風(fēng)浪小、流速低的區(qū)域清淤。

（2）耙吸式挖泥船。配有耙頭挖掘部件和吸泥裝置。工作時(shí)，將耙吸管放至庫底，通過耙頭和吸泥管把泥漿吸進(jìn)挖泥船的泥倉中，泥倉吸滿后，運(yùn)輸至拋泥區(qū)，適用于敞開式、狹長(zhǎng)的港口航道，開挖效率高。

（3）抓斗式挖泥船。在挖泥作業(yè)時(shí)，將鋼纜上的抓斗插入泥層來挖掘和抓取淤泥， 再通過船上起重機(jī)將抓斗提出水面，將淤泥卸入泥艙或泥駁中，如此反復(fù)操作。 抓斗式挖泥船一般用于航道、 海底挖泥工作，適用于淤泥、礫石、卵石的挖掘。部分抓斗式挖泥船不具備動(dòng)力航行，需采取泥駁裝泥和卸泥的方式。

不同水下清淤方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1。

表1 不同水下清淤方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

綜合分析，根據(jù)地質(zhì)勘探成果，水下清淤部分最大水深1.5 m，水下部分主要為淤泥質(zhì)黏土，適宜絞吸式挖泥船清理壩前區(qū)域。

2.1.2 陸地清淤

陸地清淤需要?jiǎng)?chuàng)造干地清淤條件，庫區(qū)導(dǎo)流后，庫區(qū)中上游底泥全部暴露， 可采用挖掘機(jī)或水力沖挖進(jìn)行施工。

（1）挖掘機(jī)清淤。通過庫區(qū)鋪設(shè)臨時(shí)道路、鋪墊鋼板及挖掘機(jī)倒運(yùn)等工藝進(jìn)行干地挖泥、 自卸汽車運(yùn)輸淤泥。其優(yōu)點(diǎn)是水量消耗小、可控性強(qiáng)、清淤?gòu)氐祝逵倭峡芍苯舆\(yùn)走堆放，環(huán)境影響較小；缺點(diǎn)是雨季對(duì)陸地清淤機(jī)械裝置影響較大， 難以估計(jì)淤泥深處的排泥和排水速度， 對(duì)工程工期產(chǎn)生較大的不確定因素。

（2）水力沖挖。通過高壓泵水流產(chǎn)生壓力，在庫底土體進(jìn)行切割、粉碎，使其濕化、崩解，漿液通過排水溝匯流至集漿坑內(nèi)， 再通過輸泥管道輸送至棄土場(chǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械化程度高，挖土效率高，可代替挖泥船在淺水區(qū)域進(jìn)行清淤， 同時(shí)避免庫區(qū)臨時(shí)施工道路的鋪設(shè)；缺點(diǎn)是從水庫中抽水沖泥，形成一定范圍無水區(qū)域，造成淤泥黏粒小、沉淀慢、滲水性能差、脫水時(shí)間過長(zhǎng)等問題。

2.1.3 淤泥脫水方案比較

（1）自然干燥法。利用太陽光能、空氣對(duì)流等對(duì)淤泥進(jìn)行脫水、干燥，促使含水率下降，主要方法有自然暴曬、人工翻曬、底面脫水、挖掘塹壕等方式。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單，直接費(fèi)用低，宜處理原狀淤泥量少、含水率低且無污染；缺點(diǎn)是自然狀態(tài)下淤泥脫水效率不高，干燥周期較長(zhǎng)，如淤積物存在污染就可能對(duì)周邊環(huán)境造成較大影響， 施工周期受天氣狀況影響大且臨時(shí)占地時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致費(fèi)用增加。

（2）板框壓濾脫水法（脫水固結(jié)一體化）。板框壓濾脫水法主要原理是通過添加特制泥水分離劑，改變庫底泥水結(jié)合方式， 再利用特制的脫水機(jī)高壓和濃縮泥漿，高效實(shí)現(xiàn)泥、水分離，加快淤泥脫水干化，可使淤泥含水率控制在35%～60%。本工藝可實(shí)現(xiàn)淤泥體積大幅減量，脫水效果好，場(chǎng)地占用小，脫水時(shí)間靈活，可根據(jù)需要對(duì)重金屬、微生物等有害物質(zhì)進(jìn)行鈍化、固結(jié)或消毒，缺點(diǎn)是脫水處理成本高。

（3）帶式脫水法。利用濾帶與輥軸之間的剪切力對(duì)淤泥進(jìn)行擠壓搓揉， 將淤泥中的水分強(qiáng)行擠出的一種脫水工藝。該工藝能耗大、產(chǎn)量低，脫水效果不佳，一般只應(yīng)用于污水處理廠的少量淤泥處理；不宜用于處理量大、施工周期短的水庫清淤工程。此外帶式機(jī)只能脫去淤泥中的表層水， 殘留含水率依然在60%以上。

（4）淤泥處理工藝比較。根據(jù)地質(zhì)勘查成果，下米莊水庫底泥污染性較小， 淤泥經(jīng)處理后可直接造地。 本次水下清淤絞吸式挖泥船清理淤泥含水量達(dá)90%以上，需要進(jìn)行脫水處理，擬定采用自然晾曬結(jié)合板框壓濾脫水法。兩種工藝相互補(bǔ)充，提高脫水保證率，可在計(jì)劃工期內(nèi)完成清淤任務(wù)。

2.1.4 清淤方式的確定

綜合以上比較，項(xiàng)目區(qū)位于北方內(nèi)陸，水資源較為匱乏，水下清淤消耗水量較大。同時(shí)考慮到水庫的養(yǎng)殖功能，水下清淤對(duì)魚類的影響較大，考慮到項(xiàng)目清淤范圍為水庫一部分， 因此采用干地清淤較為適合。 清淤時(shí)采用導(dǎo)流明渠與圍堰相結(jié)合的方式保證清淤范圍不被淹沒， 使淤積物在水庫內(nèi)排水晾干有了可能。同時(shí)，為合理利用項(xiàng)目資金，本項(xiàng)目清淤采用自然排水晾干方式。

根據(jù)分析比較，清淤方式選擇絞吸式挖泥船、挖掘機(jī)相結(jié)合方式，再通過自卸汽車運(yùn)輸至棄土場(chǎng)。

2.2 堆場(chǎng)布置及處理

本次清淤總土方量為147.1 萬m3， 清淤量較大，需設(shè)專門棄土場(chǎng)。淤積物棄土場(chǎng)主要考慮以下因素：盡量選擇距項(xiàng)目地較近處，以合理控制項(xiàng)目投資；對(duì)棄土場(chǎng)地性質(zhì)進(jìn)行提前調(diào)查， 禁止占用基本農(nóng)田，盡量少占耕地。結(jié)合以上原則， 經(jīng)對(duì)庫區(qū)周邊調(diào)查， 選擇棄土場(chǎng)共6 處，均為低洼地。經(jīng)對(duì)各棄土場(chǎng)現(xiàn)狀地形分析， 確定各棄土場(chǎng)棄土量如表2。

表2 各棄土場(chǎng)棄土量

3 施工組織設(shè)計(jì)

下米莊水庫設(shè)計(jì)總庫容1142 m3， 依據(jù)相關(guān)規(guī)范，導(dǎo)流建筑物級(jí)別按5 級(jí)考慮。在施工過程中應(yīng)采用盆式開挖順序， 從中央到四周， 減少基坑暴露時(shí)間，防止側(cè)壁發(fā)生過大變形。

施工工藝流程：進(jìn)場(chǎng)臨時(shí)道路修筑→淤泥槽挖排水→淤泥頂高程測(cè)量→開始清淤→清淤控水→挖機(jī)裝自卸汽車→運(yùn)輸至回填區(qū)內(nèi)→淤泥底高程測(cè)量。

宜采用逐段掘進(jìn)方式， 從上往下分層分段依次進(jìn)行，為便于下泄而制造一定坡度，遇到積水，隨時(shí)用污水泵排除。

4 生態(tài)措施

4.1 生態(tài)理念

項(xiàng)目選址在口泉河國(guó)家濕地公園， 結(jié)合永定河流域治理目標(biāo)，將口泉河恢復(fù)成“流動(dòng)的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”，在水庫清淤的同時(shí)，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，選擇抗鹽堿、抗旱的樹種，以粗獷式管理為主；配套部分劃分了功能分區(qū)，塑造不同的景觀節(jié)點(diǎn)；融入當(dāng)?shù)匚幕⒖破战逃龍?chǎng)地，以下米莊水庫為基底，水庫兩岸打造綠色生態(tài)廊道。

4.2 淤泥利用

經(jīng)檢測(cè)， 庫區(qū)淤積物中化學(xué)成分測(cè)試值低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，淤積物污染風(fēng)險(xiǎn)低，可作為耕地回填土使用，也可用作淤泥磚的原料，但不建議作為填筑料和混凝土骨細(xì)料。

4.3 其他

下米莊水庫清淤時(shí)最大水深1.8m， 清淤疏浚精度要求高，需在挖泥船上安裝多項(xiàng)檢測(cè)設(shè)備，使其能及時(shí)控制清淤疏浚的挖泥量及提高控挖精度， 滿足清淤深度要求，不對(duì)供水水質(zhì)造成二次污染。另外，需合理安排臨時(shí)道路，減少對(duì)耕地和村莊影響。

5 結(jié)語

水庫清淤對(duì)于保障水資源的供應(yīng)、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)地區(qū)發(fā)展具有重要意義。 開展下米莊水庫清淤不僅可有效恢復(fù)水庫功能，還可產(chǎn)生較好的綜合效益，本文通過分析朔州市下米莊水庫的清淤方案， 可為類似水庫清淤工程提供工作思路和參考。