由 燦 鄔登成

(中交水利水電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315200)

銅川市地處關(guān)中平原向陜北黃土高原過渡地帶，境內(nèi)河流皆屬黃河流域，由東北部的北洛河水系和西南部的石川河水系組成，流域總面積3882km2。全市水資源總量小，2017年水資源總量為2.09億m3，人均占有量僅為全國人均的1/8，屬嚴(yán)重的資源型缺水地區(qū)。為攔洪蓄水充分開發(fā)利用水資源，銅川市在二十世紀(jì)六七十年代興建了大量的水庫。截至目前銅川市直接管轄的水庫有29座，總庫容4084.3萬m3，但是由于當(dāng)時施工技術(shù)落后且對河流泥沙特性和運動規(guī)律缺乏研究和認(rèn)識，致使水庫建設(shè)質(zhì)量先天不足，缺乏有效的排沙設(shè)計，隱患較多。即使后期有除險加固、增設(shè)排沙設(shè)施的舉措，也無法從根本上解決目前水庫大量泥沙淤積的現(xiàn)狀。到目前為止，全市境內(nèi)水庫普遍出現(xiàn)嚴(yán)重的泥沙淤積現(xiàn)象，最大淤積厚度普遍在10～20m，淤損庫容普遍在60%以上，水庫淤積不僅造成庫容損失，不利于大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，危害水庫運行安全，還會降低庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，從而影響水庫防洪、灌溉、供水、生態(tài)環(huán)保等功能效益的正常發(fā)揮。因此進行水庫清淤，擴大水庫有效庫容，以保證銅川市供水安全，維持大壩安全穩(wěn)定，提高城鄉(xiāng)居民用水質(zhì)量就顯得十分必要和迫切。

1 水庫淤積現(xiàn)狀

銅川市境內(nèi)屬市里直接管轄的水庫共29座，其中耀州區(qū)(含新區(qū))、王益區(qū)各分布5座和4座，以小(1)型水庫居多，印臺區(qū)、宜君縣各分布9座和11座，以小(2)型水庫居多。

根據(jù)實地踏勘和無人機無人船測量結(jié)合歷史資料調(diào)研分析，銅川市水庫淤積的現(xiàn)狀見表1。

表1 銅川市水庫淤積現(xiàn)狀匯總 (單位：萬m3)

銅川市29座水庫總庫容4098.3萬m3，壩前淤積厚度基本在10～30m，淤積總庫容2303.4萬m3，總體庫容淤損率高達56.2%(見表2)。庫內(nèi)現(xiàn)狀水深普遍不超過1m，蓄水量普遍不超過10萬m3。境內(nèi)水庫以小型居多，多具有防洪、飲水、灌溉等功能。但從目前庫區(qū)淤積狀態(tài)來看，小型水庫淤積最為嚴(yán)重，防洪功能均已基本喪失，有14個水庫呈干涸狀態(tài)，其中李家河水庫、洞子溝水庫、樓子溝水庫已計劃報廢。水庫庫內(nèi)現(xiàn)存水量及水質(zhì)已不能滿足居民飲水要求，灌溉面積也受到很大限制。目前，較多水庫因功能缺失，已被承包用作漁業(yè)養(yǎng)殖、旅游開發(fā)等。

表2 銅川市水庫淤積統(tǒng)計匯總

2 水庫清淤擴容總體規(guī)劃

規(guī)劃涉及的29座水庫在功能定位、淤積現(xiàn)狀、蓄水能力、外部施工條件等方面均存在較大差異，根據(jù)各水庫功能需求、淤積現(xiàn)狀、庫內(nèi)水深條件、進庫道路條件、上游來水情況、周邊工程影響等綜合考量，按以下原則制定本次水庫清淤擴容總體規(guī)劃。

a.把保障最基本的民生用水需求放在首位，做到萬無一失。高爾塬水庫目前承擔(dān)著耀州區(qū)小丘鎮(zhèn)5.6萬人用水及灌區(qū)3.8萬畝農(nóng)田的灌溉任務(wù)，西河水庫是宜君縣1.4萬人用水的唯一水源地。因此，水庫清淤必須確保該2個水庫的供水能力和水質(zhì)安全，保障最基本的民生需求。在實施清淤前，需做好應(yīng)急備用水源地方案。

c.先行清淤庫容較大的水庫。水庫清淤后，水庫庫容得到釋放，特別對于大庫容水庫，可以獲得更大蓄水能力，利于水資源的集中調(diào)配，方便管理。另外，大庫容水庫現(xiàn)存蓄水量相對較大，而采用水力輸送方式進行水下清淤需要消耗水量，且蓄水量越多清淤效果越好，清淤方量越大。因此，先行清淤庫容較大的水庫。

d.多年無水溢出的水庫暫無清淤必要，繼續(xù)以水位監(jiān)測為主。如宜君縣的黨溝水庫、印臺區(qū)的支架溝水庫、王益區(qū)的北雷水庫等，因匯水范圍內(nèi)來水量不足，水庫淤積后的剩余庫容仍能存蓄匯水且未從溢洪道溢出。該類水庫尚能蓄水不流失，暫時沒有清淤的必要，以繼續(xù)開展水位監(jiān)測為主。

e.干涸水庫基本維持現(xiàn)狀，部分大庫容水庫再論證。境內(nèi)超過半數(shù)水庫已維持多年干涸狀態(tài)，水下清淤不具備條件；且通往庫區(qū)的道路條件也嚴(yán)重缺失，陸上開挖需新辟臨時道路，作業(yè)條件差。另外，干涸水庫以小庫容居多，開挖后蓄水量增加有限。因此，對于小庫容的干涸水庫以維持現(xiàn)狀為主，對澗溝水庫、七一水庫等較大庫容水庫建議開展來水監(jiān)測，進一步論證清淤必要性。

根據(jù)上述原則，提出如下分階段擴容規(guī)劃。

2.1 第一階段：清淤試點工程(五一水庫)

五一水庫總庫容312萬m3，淤積總量約200萬m3，若實施水庫清淤可釋放較大的蓄水空間。該水庫現(xiàn)被承包養(yǎng)殖，無持續(xù)供水需求，不涉及最基本的民生問題。因此，五一水庫清淤可作為銅川市水庫清淤的試點工程先行實施。

2.2 第二階段：備用水源地清淤(福地水庫、豹村水庫、友誼水庫)

福地水庫總庫容1050萬m3，淤積總量約650萬m3，是本次規(guī)劃方案中唯一一座中型水庫，目前水庫功能以旅游為主，無持續(xù)供水需求。清淤后將逐步恢復(fù)水庫飲水、灌溉功能，緩解當(dāng)?shù)毓┧畨毫?，并為后續(xù)西河水庫清淤提供備用水源地。

豹村水庫和友誼水庫均位于耀州區(qū)，總庫容分別為138.06萬m3和94.7萬m3，淤積總量分別約70.4萬m3和45萬m3。清淤后將逐步恢復(fù)水庫飲水、灌溉功能，并通過統(tǒng)籌耀州區(qū)內(nèi)其余水資源，為后續(xù)高爾塬水庫清淤提供備用水源。

2.3 第三階段：飲用水源地清淤(西河水庫、高爾塬水庫)

西河水庫是宜君縣1.4萬人用水的唯一水源地，總庫容785.2萬m3，目前淤積總量約210萬m3，蓄水量僅90萬m3，且溢洪道頻繁溢出。根據(jù)2017年銅川市水資源公報，西河水庫的水質(zhì)類別為Ⅲ類，營養(yǎng)化狀況評價為中營養(yǎng)，未達到飲用水源地標(biāo)準(zhǔn)。

它發(fā)表于1899年，以發(fā)現(xiàn)者喬治亞歷山大·皮克的名字命名而得名.主要解決格點多邊形的面積問題：若S為多邊形面積，L是邊界上的格點數(shù)，N是內(nèi)部格點數(shù)，則有

高爾塬水庫承擔(dān)著耀州區(qū)小丘鎮(zhèn)5.6萬人用水任務(wù)，現(xiàn)正在進行大壩加高和取水口移位施工，完工后水庫總庫容將達到701.5萬m3。目前淤積總量約250萬m3，蓄水量約為45.2萬m3，且溢洪道頻繁溢出，水質(zhì)尚可。

因此，無論從擴大庫容還是改善水質(zhì)方面，上述飲用水源地均有清淤需求?？紤]到飲用水供給水庫涉及民生問題，必須待備用水源地落實后方可開展上述水庫清淤，做到萬無一失。

2.4 第四階段：剩余水庫擇機實施清淤，提高居民生活質(zhì)量

在實施第三階段后確保居民基本用水需求的基礎(chǔ)上，通過水位及匯水監(jiān)測分析，針對剩余各水庫具體情況擇機開展清淤，進一步提高城鄉(xiāng)居民生活質(zhì)量。

2.5 暫不列入本次擴容規(guī)劃的水庫

計劃報廢的水庫：李家河水庫、洞子溝水庫、樓子溝水庫。

另作他用的水庫：紅星水庫。

3 技術(shù)可行性研究

對于水庫淤積物的清除，水上部分常采用陸上開挖工藝，水下部分則常采用通過水力管道輸送的水下清淤。

3.1 陸上開挖工藝

陸上開挖即采用陸上機械挖泥，泥土裝車外運至堆土區(qū)。該工藝需要干地施工，對于干涸水庫采用陸上開挖是合適的。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，大部分干涸水庫道路條件差，需修建臨時道路滿足泥土裝車出運要求。

3.2 水下清淤工藝

水下清淤即采用可拆卸的小型環(huán)保絞吸船陸運到場拼裝后進入庫區(qū)挖泥，泥土經(jīng)排泥管線通過水力輸送至堆土區(qū)，吹填尾水經(jīng)沉淀處理后用抽水泵回抽至庫區(qū)內(nèi)。管線直接輸送距離可達2～2.5km，超出排距可采用封閉式接力泵站進行接力，具有長距離水力輸送能力。該方案清淤效率高，是沿海航道、內(nèi)河湖庫清除淤積物最常用的工藝。具體工藝流程見圖1。

圖1 水下清淤工藝流程

對于銅川市境內(nèi)水庫清淤的適應(yīng)性，主要考慮道路條件、清淤深度、清淤土質(zhì)、環(huán)保要求、底泥堆存條件等方面。

道路條件決定設(shè)備能否進場施工。銅川境內(nèi)水庫屬典型的山區(qū)水庫，道路條件相對較差，其中福地水庫、高爾塬水庫等道路條件較好，可采用拼裝式清淤船，分拆經(jīng)集裝箱車運輸后進場拼裝；部分水庫道路條件較差，可采用水下泵現(xiàn)場直接清淤。

清淤深度要求：清淤船最大挖深一般不超過15m，最大挖深可達30m。銅川境內(nèi)水庫淤積嚴(yán)重，現(xiàn)狀蓄水水深基本不超過2m，現(xiàn)有清淤設(shè)備均可滿足水庫挖深要求。

水庫淤積物主要來源于兩岸沖溝和洪水搬運物，以黃土狀粉質(zhì)黏土為主，上層較松軟，下層較密實。對于表層軟土，可采用水下泵直接實施吸泥作業(yè)；對于下層硬土，可采用絞刀或高壓沖水裝置破土，土質(zhì)適應(yīng)性強。

常規(guī)的水下清淤施工是將底泥通過水力輸送吹填至堆存區(qū)，尾水直接排放至下游河道。清淤底泥通過水力輸送需消耗較大水量，一般體積濃度不超過20%，即清淤1m3底泥需消耗5m3水量。而銅川境內(nèi)水庫淤積普遍嚴(yán)重，水深基本不足2m，其中西河水庫的蓄水量最大，也僅90萬m3，可清淤量僅18萬m3，不僅清淤量有限，且寶貴的水資源全部浪費。因此，為充分利用庫內(nèi)存水，考慮將吹填尾水收集并回抽庫內(nèi)循環(huán)利用，從而增加清淤量。另外，考慮在底泥堆存區(qū)增加防滲措施，盡可能減少水量損耗。

西河水庫、高爾塬水庫等均為飲用水源地，福地水庫為旅游風(fēng)景區(qū)，對水質(zhì)均有要求，在疏浚設(shè)備的選擇和施工工藝的設(shè)計方面需綜合考慮，以滿足環(huán)保疏浚的要求。采用水下泵直接吸泥或帶環(huán)保罩殼的絞刀頭進行絞吸作業(yè)，可有效控制底泥擴散，確保施工期水庫水質(zhì)不受影響。

同時，在清淤施工中，需進行仔細規(guī)劃和控制，還可結(jié)合現(xiàn)場水面情況、水深條件、水流流速和流向、淤積物粒徑、疏浚設(shè)備移動情況等，在取水口及其附近增設(shè)防淤簾等物理屏障防止懸浮疏浚物擴散影響取水水質(zhì)(見圖2)。

底泥堆放場地選?。恒~川市地處關(guān)中平原向陜北黃土高原過渡地帶，境內(nèi)山巒縱橫，溝谷發(fā)育，可充分利用下游河道及其兩岸緩坡地和溝道設(shè)置底泥堆存區(qū)。以不影響行洪安全為前提，清淤土可采用水力輸送直接排放至下游河道，洪水季節(jié)利用自然沖刷，將泥沙補充至下游。

下游河道承接淤積物的能力有限，對庫容改善效果甚微。若采用分階段清淤排放，大量泥沙放淤下游河道，可能會導(dǎo)致河道的堵塞而引起洪澇等次生災(zāi)害，需要重新論證河道堆淤后的行洪安全；河道泥沙大量的淤積，還將導(dǎo)致河道疏浚工作量的大幅增加，額外增加工作量。因此，不建議直接排泥至下游河道。

利用下游河道附近的山谷、溝道或低洼區(qū)域作為泥土的堆存區(qū)域，設(shè)置永久性攔沙圍堰，進行清淤土的堆存，經(jīng)自然干化后可作為農(nóng)田、林業(yè)用地使用?；蛘呃孟掠魏拥纼砂毒徠碌鼗蚱降卦O(shè)置泥土堆存區(qū)，泥土經(jīng)自然干化后堆存區(qū)可作為農(nóng)田、林業(yè)用地使用。擋土圍堰沿河布置，并可逐級加高，形成梯級擋土，逐步擴大納泥庫容，見圖3。

圖3 堆存區(qū)圍堰斷面示意圖

水庫清淤底泥堆存區(qū)基本布置在下游河道兩岸平緩坡地及下游溝道內(nèi)，距庫區(qū)均需滿足一定距離，以保證清淤不影響庫區(qū)及大壩安全。底泥堆存區(qū)因涉及底泥堆載，對區(qū)內(nèi)原地質(zhì)有一定要求，應(yīng)選擇地質(zhì)較為穩(wěn)定、無潛在滑坡體的區(qū)域。鑒于目前擬選堆存區(qū)無地勘資料，在具體實施階段應(yīng)先行開展地質(zhì)勘察，視地質(zhì)穩(wěn)定情況合理調(diào)整堆存范圍及堆存高度，確保堆存區(qū)長期穩(wěn)定，為后期場地復(fù)耕提供有利條件。

4 結(jié) 語

本文基于對銅川市全境水庫的踏勘調(diào)研，進行整體規(guī)劃，提出分段實施計劃和科學(xué)可行的技術(shù)實施方案，對其他地區(qū)類似境況有一定的參考價值。后續(xù)實施階段可開展詳細的測量和地勘工作，根據(jù)地質(zhì)情況，確定堆土區(qū)范圍和堆土高度，確保堆存區(qū)長期穩(wěn)定，為后期場地復(fù)耕提供有利條件。