巴家咀水庫硫酸鹽超標治理措施研究

袁 超

（慶陽市水利工程質(zhì)量監(jiān)督站，甘肅慶陽745000）

1 巴家咀水源地基本情況

巴家咀水庫始建于1962 年，歷經(jīng)3 次加固加高，現(xiàn)壩高75.6 m，總庫容5.4 億m3，控制流域面積3 478 km2，多年平均徑流量1.268 億m3，年供水量1 300 多萬m3。由于地處黃土高原溝壑區(qū)，巴家咀水源地水質(zhì)總體較差，總硬度和硫酸鹽含量相對較高，城區(qū)生活用水主要通過凈化水廠反滲透工藝處理后供給。2019 年5 月份慶陽市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測發(fā)現(xiàn)硫酸鹽含量高達368 mg/L，超標0.47倍，同年10 月，黃河水利委員會水文局對巴家咀水庫庫容情況進行了實地勘測，結(jié)果顯示總淤積量已達4.1 億m3，正常蓄水位以下興利庫容由設(shè)計的2 030 萬m3減少到了現(xiàn)在的538 萬m3。庫區(qū)硫酸鹽持續(xù)超標問題嚴重威脅著慶陽市城區(qū)30 多萬群眾的飲用水安全，急需治理解決。

2 水質(zhì)超標原因分析

經(jīng)對水庫淤積土壤取樣監(jiān)測，分析對比歷年蓄水能力變化、上游來水量及水庫淤積情況，再結(jié)合環(huán)保部門水源地水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，綜合判斷造成庫水硫酸鹽超標的主要原因如下：

一是源頭基流硫酸鹽濃度高。蒲河發(fā)源于環(huán)縣磚城子，上游河床基巖出露，基流主要靠泉水補給，枯水季節(jié)泉水將深層地下鹽分帶出流入河道，致使河道基流水質(zhì)硫酸鹽、氯化物等濃度含量較高。2017年5 月慶陽市環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測到巴家咀水庫上游白家川斷面（鎮(zhèn)原縣殷家城）硫酸鹽濃度為1 310 mg/L，大黑河上游吳城子斷面硫酸鹽濃度為410 mg/L，相對水源地達標水質(zhì)分別超標4.24 倍和0.64 倍。隨著下游支流匯入稀釋，入庫水質(zhì)硫酸鹽濃度下降到了226 mg/L，但已接近水源地水質(zhì)標準的上限值（250 mg/L），總體狀況不容樂觀。

二是水庫有效庫容減少。在2002 年對巴家咀水庫進行大壩安全評價時，水庫總淤積量就已經(jīng)達到3.3 億m3，此后10 多年來為保證城區(qū)供水，水庫很少進行拉槽擴容，到目前水庫槽庫容基本損失殆盡，總淤積量已達到4.4 億m3，正常蓄水位1 115 m 以下有效庫容不足1 500 萬m3，進入主汛期汛限水位1 112.5 m 以下蓄水量不足100 萬m3。有效庫容的減少使汛期洪水資源不能有效調(diào)節(jié)利用，難以稀釋降低庫水礦化度，導致水庫水質(zhì)逐年變差。

三是上游來水總量減少。據(jù)水文資料統(tǒng)計分析，蒲河流域近10 多年來未產(chǎn)生大的洪水，來水總體呈遞減趨勢。近5 年水庫入庫平均徑流量為3664 萬m3，僅相當于建庫60 年來平均徑流量1.268 億m3的1/3。河道徑流量減少主要是汛期來洪量減少造成的，這使得水庫蓄水量基流占比增加，從而導致庫水硫酸鹽濃度逐年升高。據(jù)環(huán)保監(jiān)測資料顯示庫水硫酸鹽濃度已由“十一五”期間的203 mg/L、“十二五”期間的215 mg/L、2018 年的237 mg/L，增加到2019年5 月份的368 mg/L，水源地水質(zhì)已由臨界變?yōu)槌瑯恕?/p>

3 國內(nèi)其他水庫治理啟示

3.1 循序漸進，大膽嘗試

水庫清淤沒有成功經(jīng)驗可供借鑒，紅崖山水庫設(shè)計總庫容9 930 萬m3，總淤積量3 552 萬m3，從2011 年就開展了試驗性工程，在蓄水期間利用絞吸船清淤的同時，在冬季封凍季節(jié)采取挖掘機配套自卸汽車進行無水作業(yè)，測試庫區(qū)的淤泥承載力和機械設(shè)備的臺班分組方案；紅崖山水庫共花費5.5 億元完成了1 370 萬m3清淤量，實施后總庫容達到1.48 億m3。宿鴨湖水庫工程位于淮河流域河南省駐馬店市，建于20 世紀50 年代，水庫總庫容16.38 億m3，清淤前淤積量為7 10 萬m3，開工前也在尤山段進行了試驗，主要對絞吸船的吃水深度、單位工作效率進行了測試研究，為定制船舶提供了依據(jù)。

3.2 長遠謀劃，綜合治理

紅崖山水庫、黃羊水庫、宿鴨湖水庫和湛河治理都將清淤和生態(tài)環(huán)境整治進行有機結(jié)合。紅崖山水庫利用河西平原水庫的有利地形，在庫區(qū)內(nèi)堆積泥沙形成6 座人工島，以棧道形式相互聯(lián)通，配套灌溉工程后以采摘園、生態(tài)鳥島、花卉等主題進行旅游開發(fā)；黃羊水庫清淤完成后對棄渣場進行平整綠化，開發(fā)形成了水文化景觀；宿鴨湖水庫清淤完工后在庫外堆沙區(qū)以建設(shè)生態(tài)公園、漁業(yè)小鎮(zhèn)等形式進行了旅游開發(fā)；湛河治理建成了40.2 km 的生態(tài)景觀廊道、3 個公園和52 個景觀節(jié)點，實現(xiàn)了河道治理帶動兩岸經(jīng)濟、文化、旅游業(yè)發(fā)展的效果。這些工程在治理思路上都創(chuàng)新了工程建設(shè)的發(fā)展理念，形成了綜合治理的發(fā)展模式。

3.3 多措并舉，積極推進

紅崖山水庫、宿鴨湖水庫均采用水下清淤和無水清淤兩種方式，黃羊水庫在采用這兩種方式的同時，還進行了水力清淤，總清淤量245 萬m3，其中水力清淤85 萬m3，無水清淤、水下清淤各80 萬m3，總投資5 577.5 萬元。湛河河道治理工程采用長臂挖掘機清淤，自卸汽車運輸，絞吸設(shè)備輸送至河道兩岸，實現(xiàn)了多種方式的有效結(jié)合，節(jié)省了工期，提高了清淤效率。紅崖山水庫除險加固工程2016 年納入國務(wù)院172 個重大水利工程，同時被國家發(fā)展和改革委員會確定為新開工的20 項重大節(jié)水供水工程之一，爭取國家投資1.9 億元。黃羊水庫借助于祁連山“山、水、林、田、湖”生態(tài)保護修復工程開展清淤工作，全部爭取到了國家投資。宿鴨湖水庫清淤擴容工程采取設(shè)計采購施工總承包（EPC）模式，總投資31.78 億元，清淤擴容后恢復死庫容3 338 萬m3，興利庫容增加5 448 萬m3，總庫容達到16.47 億m3，相當于新建一座大型水庫，且不需要移民征地。

4 治理措施分析研究

巴家咀水庫治理立足于水庫運行實際情況和水源地水質(zhì)狀況，建議采取近中遠期相結(jié)合，工程與非工程措施相配套，按照“遠近結(jié)合、分類施策，標本兼治、統(tǒng)籌推進”的原則，近期利用2 年時間，完成市區(qū)應(yīng)急水源工程建設(shè)，優(yōu)先改善城區(qū)生活供水水質(zhì)；同時利用3 年時間，完成水庫汛期沖沙減淤工作，恢復水庫槽庫容，增加洪水調(diào)蓄能力，稀釋改善水源地水質(zhì)；遠期實施水庫上游控源攔沙治理工程，從源頭上予以控制和治理，全面改善巴家咀水源地硫酸鹽超標問題，保障飲用水源地水質(zhì)達標，切實維護人民群眾用水安全和社會和諧穩(wěn)定。

一是建設(shè)慶陽市應(yīng)急水源工程。為了提高市區(qū)居民生活供水質(zhì)量和保證率，緩解巴家咀水庫硫酸鹽超標問題，建議推進慶陽市城區(qū)應(yīng)急水源工程，從慶城縣芡子溝取水，經(jīng)2 級泵站提水至驛馬鎮(zhèn)后，自流至西峰進入城區(qū)供水管網(wǎng)，輸水線路總長56.48 km，年引水量為497 萬m3，工程總投資2.14 億元，項目實施后在滿足應(yīng)急需要和改善城區(qū)供水水質(zhì)的同時，還可完善巴家咀水庫汛期調(diào)度方式，為水庫排沙減淤創(chuàng)造有利條件。

二是啟動巴家咀水庫清淤工作。從巴家咀水庫運行實際情況來看，恢復擴大槽庫容，利用洪水資源稀釋基流硫酸鹽是近期有效可行的辦法。充分利用敞泄期的洪水攜沙能力，同時考慮到利用洪水排沙受來水來沙條件影響較大，為減小排沙壓力，將推淤入槽和庫外堆淤結(jié)合，將一部分沙堆放至庫外。根據(jù)庫區(qū)清淤分布，考慮溯源沖刷主要集中在距壩3 km以外，且距壩3.5 km 以上灘地上生長著蘆葦?shù)入s草，最好挖運至庫外。為施工方便可靠，減少投資，將庫區(qū)下段距壩3.5 km 范圍內(nèi)約360 萬m3的淤泥，分年度推入沖刷后的深槽；將靠近石油碼頭的上段2.5 km 范圍內(nèi)約200 萬m3的淤泥，運輸至庫外堆存。通過對清淤規(guī)模、清淤部位、庫區(qū)地形和經(jīng)濟投入的比較，并考慮避開水源地一級水源保護區(qū)、不占用防洪庫容等要求，選擇南峁壩址修建攔沙壩。壩址距溝口約1.5 km，高程在校核洪水回水水面線以上，壩高44 m，相應(yīng)庫容約200 萬m3。通過以上清淤措施將有效降低水源地硫酸鹽濃度，改善供水水質(zhì)。此后通過強化水庫調(diào)度運行和經(jīng)?；∫?guī)模沖淤，達到?jīng)_淤平衡，保證水庫有效調(diào)節(jié)庫容。

三是實施蒲河上游支流治理工程。鑒于巴家咀水庫硫酸鹽、氯化物主要來自上游河道基流，治理的根本措施是在上游礦化度較高支流建設(shè)壩系工程，枯水期攔蓄高濃度基流，汛期洪水稀釋后，逐步下泄排放。這樣一方面可有效降低河道基流礦化度，另一方面可以有效攔截泥沙，增加洪水利用量，實現(xiàn)綜合生態(tài)效益。初步規(guī)劃在水庫上游白家川、康家河和大黑河等主要支流上，建設(shè)較大的控源攔沙工程。通過實地踏勘和計算分析，初步計劃可在白家川、康家河和大黑河等主要支流上，建設(shè)3 座較大的控源攔沙工程，從根本上解決巴家咀水庫硫酸鹽超標問題。