南水北調(diào)中線大寧調(diào)蓄水庫淤積及清淤方案分析

摘要：海河“23·7”流域性特大洪水入庫，使大寧調(diào)蓄水庫產(chǎn)生水庫淤積問題，導(dǎo)致水庫功能弱化，供水及防洪能力下降，工程效益降低。對大寧調(diào)蓄水庫清淤方案進(jìn)行了比選研究，分析了不同方案對水庫水質(zhì)、水量、運(yùn)行安全及水生態(tài)、水環(huán)境等方面的影響。結(jié)果表明：環(huán)保生態(tài)清淤是比較理想的清淤方式。工程實(shí)施后，清除大寧調(diào)蓄水庫淤積物體量達(dá)126萬m3，有效恢復(fù)了水庫庫容，改善了水庫自凈能力。

關(guān)鍵詞：水庫清淤； 海河“23·7”流域性特大洪水； 大寧調(diào)蓄水庫； 南水北調(diào)中線工程

中圖法分類號：TV697.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.016

文章編號：1006-0081（2024）S2-0057-03

0引言

2023年7月31日，受臺風(fēng)“杜蘇芮”登陸帶來大范圍強(qiáng)降雨影響，北京市降雨歷時(shí)長、雨量大，小清河、小啞叭河持續(xù)來水。受暴雨影響，永定河發(fā)生大洪水，部分洪水分流至大寧調(diào)蓄水庫。8月1日大寧調(diào)蓄水庫達(dá)到歷史最高蓄水位58.7 m。洪水過后，大寧調(diào)蓄水庫現(xiàn)場遺留了大量洪積物，包括水面漂浮物（約40 000 m3）和沖積土（約10 000 m3）。同時(shí)，大寧調(diào)蓄水庫已運(yùn)行近10 a，尤其是遭遇此次洪水，使水庫出現(xiàn)淤積問題。

本文結(jié)合大寧調(diào)蓄水庫庫區(qū)條件，從水質(zhì)、水量、運(yùn)行安全及水生態(tài)、水環(huán)境等方面考慮，對清淤方案進(jìn)行了比選研究，選定環(huán)保生態(tài)清淤方式進(jìn)行庫區(qū)清淤，并提出水庫清淤管理對策建議。

1工程概況

大寧調(diào)蓄水庫位于北京市房山區(qū)，是北京市一級水源保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是永定河的滯洪水庫之一。在原設(shè)計(jì)承擔(dān)的防洪任務(wù)基礎(chǔ)上，大寧調(diào)蓄水庫增加了作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫的功能。大寧調(diào)蓄水庫建于1985年，為配套南水北調(diào)工程，于2009～2014年對水庫進(jìn)行改造，總庫容4 611萬m3，最高蓄水位為58.35 m，非汛期調(diào)蓄庫容為3 753萬m3，屬于中型水庫［1］，庫區(qū)南北長約3 km，中部寬度約0.8 km，現(xiàn)狀庫區(qū)面積約2.44 km2。

大寧調(diào)蓄水庫是南水北調(diào)中線工程干線中唯一的調(diào)蓄水庫，主要功能是充分、可靠地調(diào)蓄利用南水北調(diào)工程來水并向城市供水，提高北京城市供水保證率。經(jīng)過多年的運(yùn)行維護(hù)，2020年大寧調(diào)蓄水庫被列為一級水源地，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到地表水三類，是鸕鶿、白鷺、蒼鷺和黑鸛等國家一、二級重點(diǎn)保護(hù)動物的棲息地。

大寧調(diào)蓄水庫自2014年底改造完成以來，河道內(nèi)未進(jìn)行過清淤工程。2023年7月31日，受暴雨影響，永定河發(fā)生洪水，部分洪水分流至大寧調(diào)蓄水庫。洪水中大量泥沙、石子、生活垃圾、建筑垃圾等沖積物在庫區(qū)內(nèi)沉積。水庫清淤是恢復(fù)水庫有效庫容、延長水庫使用壽命、改善水質(zhì)、充分發(fā)揮興利作用的重要措施［2-3］。結(jié)合大寧水庫使用功能、供水安全及水庫運(yùn)行要求等實(shí)際情況，為增加水庫庫容及改善此區(qū)域的水環(huán)境，需要對大寧水庫進(jìn)行清淤。

2水庫淤積勘察

為探明水庫淤積現(xiàn)狀，于2023年8月采用船載式淺地層剖面儀進(jìn)行淤泥探測工作。勘探成果表明：大寧調(diào)蓄水庫表層廣泛分布淤泥，庫尾淤積相對較多，局部有坑處淤積較厚。

2.1庫底淤積勘察

考慮行船安全和探測面積，采用船載式淺地層剖面儀對淤積頂面低于48.0 m（水深大于1.6 m）的區(qū)域進(jìn)行探測。實(shí)施過程中沿水庫最長直徑方向布設(shè)測線3條（2.0～2.2 km），橫向測線7條（500～600 m）。

為了消除涌浪和橫搖對地層測量的影響，勘察使用德國Innomar的SES2000淺地層剖面儀，利用Octans光纖羅經(jīng)系統(tǒng)對涌浪和橫搖進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。淺地層剖面探測主要用來獲取調(diào)查區(qū)水底面以下0～10 m深度范圍的地層剖面。

在庫區(qū)設(shè)置淤積探測點(diǎn)位共計(jì)34 000個，其中17 000個點(diǎn)位采集淤積物頂面數(shù)據(jù)，通過采集和分析得到淤積物底面數(shù)據(jù)。根據(jù)水庫淺地層剖面聲波反射特征，可以確定水底表面以上存在泄洪殘留淤泥層，淤泥層位于原始水底面以上；泥層以下為卵石地層，卵石地層上部區(qū)域卵石較小且混有泥沙，反射較強(qiáng)。在凹陷區(qū)域常見浮泥層與原水底泥層之間存在夾層，該夾層反射強(qiáng)度弱于淤泥層，與水體反射強(qiáng)度近似，夾層中偶爾可見疑似泄洪殘留物。由淺地層剖面儀各測線剖面可直觀讀取水下淤積物頂面，即水下地形剖面。通過對波形進(jìn)行分析，可甄別水下淤積物底面，典型淺地層剖面圖譜如圖1所示。

綜上分析可知，庫區(qū)淤積物總體厚度為1.0～1.5 m。從淤積趨勢來看，庫尾較庫首淤積更厚，且局部地形凹陷處淤積可達(dá)3 m以上。經(jīng)過對淤積物的三維建模計(jì)算，初步探明大寧庫區(qū)高程48.0 m以下的庫底淤積物體量約為126 177 9 m3，依據(jù)SL17-2014《疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范》，清淤規(guī)模為大型（環(huán)保疏浚工程清淤量≥50 萬m3）。

2.2庫岸、灘地淤積勘察

大寧水庫岸邊、灘地的庫底主要位于高程48.0 m以上。通過對中堤泵站、調(diào)節(jié)池泵站、泄洪閘等區(qū)域的岸邊、灘地淤積情況進(jìn)行抽點(diǎn)探測，淤積物厚度多為0.2～0.7 m。通過對岸邊、灘地地形建模，結(jié)合大寧水庫水位與水面面積關(guān)系，計(jì)算岸邊、灘地面積約為24.48萬m3。結(jié)合對應(yīng)區(qū)域的淤積物厚度（0.5 m），考慮地形、坡比等實(shí)際因素，估算庫區(qū)的岸邊、灘地淤積物體量不低于12萬m3。

王靖宇南水北調(diào)中線大寧調(diào)蓄水庫淤積及清淤方案分析3清淤方式確定

3.1大寧調(diào)蓄水庫條件分析

考慮大寧調(diào)蓄水庫的功能及其所具有的社會效益、生態(tài)效益，應(yīng)盡量避免庫區(qū)放空。在清淤過程中應(yīng)盡量減少淤泥攪動，防止擾動和擴(kuò)散，盡可能減少水體的二次污染，保障庫區(qū)水質(zhì)穩(wěn)定［4-6］。同時(shí)，不對河流水體和周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，周邊主要為中堤、西堤及社會道路，用地緊張，無大面積淤泥沉淀區(qū)域，無法滿足淤泥中間儲存和堆場的要求。

3.2常用清淤方式比選

現(xiàn)有庫區(qū)清淤方式主要有排干清淤、水下清淤、環(huán)保清淤等，應(yīng)考慮盡量減少清淤對庫區(qū)生態(tài)、通水等方面的影響。

（1） 排干清淤可分為干挖清淤和水力沖挖清淤。適用于不承擔(dān)防洪、排澇、供水、航運(yùn)功能且流量較小河道，該方式的優(yōu)點(diǎn)是清淤徹底、質(zhì)量有保證，缺點(diǎn)是浪費(fèi)水資源，需要晾曬時(shí)間，且采用圍堰形式會增加成本。同時(shí)，很多庫區(qū)只能在非汛期施工，工期受到限制，施工過程易受天氣影響，并可能對庫區(qū)邊坡和生態(tài)系統(tǒng)造成一定破壞。

（2） 水下清淤主要有抓斗式清淤、斗輪式清淤、普通絞吸式清淤。適用于開挖泥層厚度大、障礙物多的中、小型河湖水域，優(yōu)點(diǎn)是靈活機(jī)動，施工不受天氣影響，但缺點(diǎn)是在清淤過程中會產(chǎn)生大量污染物擴(kuò)散，逃淤、回淤情況嚴(yán)重，易造成大面積水體污染。

（3） 環(huán)保生態(tài)清淤多用于河道、湖泊和水庫的環(huán)保清淤工程。該方式的優(yōu)點(diǎn)是具有防止污染淤泥泄漏和擴(kuò)散的功能，在清淤施工時(shí)對水體產(chǎn)生的影響相對較小。底泥清除率一般在95%以上。該方式具有高精度定位技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，精確定位絞刀深度，挖掘精度高，可有效避免漏挖或者超挖現(xiàn)象的發(fā)生。缺點(diǎn)是成本高，對水位有一定要求。

通過比選幾種清淤方式適應(yīng)性（表1）可以得出，環(huán)保生態(tài)清淤的土質(zhì)適應(yīng)性好、施工效率高，二次污染可控制，對周邊環(huán)境、水生態(tài)保護(hù)影響較小，且造價(jià)中等，可明顯減少對庫區(qū)水體的擾動。

3.3清淤方式確定

通過庫區(qū)清淤方式比選及大寧調(diào)蓄水庫庫區(qū)條件的分析，采用環(huán)保清淤方式（環(huán)保清淤船+固結(jié)脫水一體化）進(jìn)行清淤，使用裝配式模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)備系統(tǒng)包括取泥系統(tǒng)、泥漿預(yù)處理系統(tǒng)、脫水干化系統(tǒng)、尾水處理系統(tǒng)。各處理單元根據(jù)工程實(shí)際靈活搭配布置。

（1） 清淤取泥。絞吸船從河底吸取淤泥;通過輸泥管道（在水中用浮管）送到脫水處理站。

（2） 篩分單元。輸送到脫水處理站的泥漿首先進(jìn)入振動篩（安裝在濃縮箱上方）篩除垃圾雜物。

（3） 濃縮單元。篩分后的泥漿流入濃縮箱進(jìn)行沉淀濃縮。

（4） 絮凝單元。濃縮后的泥漿投加絮凝劑，通過一系列盤管發(fā)生反應(yīng)，形成絮體。

（5） 壓濾脫水系統(tǒng)。絮凝后的泥漿進(jìn)入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水、出泥。

（6） 余水處理系統(tǒng)。濃縮箱的上清液進(jìn)入沉淀箱進(jìn)行沉淀，實(shí)現(xiàn)出水懸浮物達(dá)標(biāo)（lt;150 mg/ml）。

綜合考慮，大寧調(diào)蓄水庫采用環(huán)保清淤方式進(jìn)行清淤，以保障水源地水質(zhì)安全、改善庫區(qū)水環(huán)境、保證水庫有效庫容、實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄功能以及確保區(qū)域供水安全。該方式盡可能不破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)條件，有效清除庫區(qū)底泥中的污染物，避免水體的二次污染。通過有針對性的清淤減量，可實(shí)現(xiàn)庫區(qū)的良性發(fā)展。

3.4淤泥處理站布置

根據(jù)工程清淤設(shè)備布置，擬在工程庫首灘地及中堤泵站上游灘地各布置一處淤泥處理站，每處面積約10 000 m2，結(jié)合庫區(qū)現(xiàn)有下河路布置。工程完工后，需要對淤泥處理站中設(shè)備及車輛等占用的部分區(qū)域進(jìn)行綠化恢復(fù)，恢復(fù)面積約10 000 m2。因就近無可結(jié)合利用的場地和場所，擬將泥餅運(yùn)至房山區(qū)社會消納場進(jìn)行消納。

表1清淤方式適應(yīng)性分析比較內(nèi)容排干清淤水下清淤干挖清淤水力沖挖清淤抓斗式清淤普通絞吸式清淤斗輪式清淤環(huán)保生態(tài)清淤土質(zhì)適應(yīng)性好較好一般較好好好施工效率高中低高中高淤泥輸送方式人工、挖掘機(jī)人工、管道泥駁船管道管道管道對周邊環(huán)境的影響大大大較小大小二次污染較小較小大小大可控制水生態(tài)保護(hù)影響大大較大中中小造價(jià)高（帶圍堰）低低高高中4結(jié)語

通過對大寧調(diào)蓄水庫淤積現(xiàn)狀勘察分析，確定了清淤工程的施工區(qū)域；并根據(jù)庫區(qū)水質(zhì)、水量及輸水任務(wù)等因素，結(jié)合當(dāng)前常用清淤方式和水庫實(shí)際情況，最終確定采用環(huán)保生態(tài)清淤，即環(huán)保清淤船和固結(jié)脫水一體化相結(jié)合的清淤作業(yè)模式。工程實(shí)施后，清除大寧調(diào)蓄水庫庫區(qū)淤積物體量達(dá)126萬m3。該方案可為同類水庫大規(guī)模清淤工程作業(yè)提供參考。

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（編輯：李慧）