南營水庫清淤的必要性與可行性探析

周大德

(涼州區(qū)金塔河水利管理處，甘肅 武威　733000)

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南營水庫清淤的必要性與可行性探析

周大德

(涼州區(qū)金塔河水利管理處，甘肅 武威733000)

【摘要】南營水庫于20世紀(jì)六七十年代興建，由于受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、施工條件和技術(shù)水平的限制，缺乏有效的排沙設(shè)計(jì)，加之水庫上游流域水土流失嚴(yán)重，河流含沙量大，經(jīng)過40多年的運(yùn)行，工程出現(xiàn)了局部安全隱患，庫區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重，不僅嚴(yán)重削減了水庫的有效庫容，而且使樞紐工程調(diào)蓄洪水能力、供水能力、發(fā)電功能得不到正常發(fā)揮。水庫雖然經(jīng)過除險(xiǎn)加固，其防洪能力得到了恢復(fù)和提高，但由于缺乏有效的工程排沙、清淤措施，庫區(qū)上游河道以及回水區(qū)淤積了大量的泥沙，減小了水庫的興利、防洪庫容，影響了工程效益正常的發(fā)揮。本文通過介紹水庫淤積情況，對(duì)南營水庫庫區(qū)進(jìn)行清淤的必要性與可行性進(jìn)行了深入探析。

【關(guān)鍵詞】水庫清淤；必要性；可行性；探析

1水庫概況

南營水庫位于石羊河流域金塔河干流出山口處，在武威市城南18km，控制流域面積852km2。水庫樞紐工程包括攔河壩、泄洪洞、排沙泄洪洞和輸水洞。屬中型水庫，Ⅲ等工程。水庫于1970年建成蓄水，1974年開始觀測(cè)水位。1974—1976年進(jìn)行第一次加固；由于水庫存在防洪能力不足等問題，1989年對(duì)主壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，主壩加高3.9m。主壩為均質(zhì)土壩，全長314m，最大壩高46m，基本達(dá)到現(xiàn)狀規(guī)模。正常蓄水位1938.00m，相應(yīng)庫容1094萬m3。防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100年一遇洪水設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。水庫以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、供水綜合利用，是武威市涼州區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要水源地。

1.1流域概況與氣象特征

金塔河發(fā)源于武威市涼州區(qū)祁連山北麓，東臨雜木河，西接西營河。其主要支流有大水河和冰溝河，在南營水庫壩趾以上1km處匯合。南營水庫以上流域面積852km2，其中大水河占60%、冰溝河占40%。流域形狀基本呈圓形，平均高程3010.00m，河源最高高程4383.00m，水庫壩趾河道高程1897.00m。

金塔河徑流補(bǔ)給形式為降水和冰雪融水混合型。上游高山地區(qū)有冰川分布，由于受自然地理?xiàng)l件和氣象因素的影響，徑流年際變化很大，且年內(nèi)分配也很不平衡。每年4—5月隨著氣溫升高，流域內(nèi)積雪迅速消融，形成春汛。在此期間，流域產(chǎn)流隨氣溫變化呈明顯的日周期變化規(guī)律。6—9月降水量顯著增加，徑流量亦隨之激增，成為全年的汛期，該期的徑流量約占年徑流總量的73%。10月份降水量減少，11月至次年3月，隨著氣溫降低，降水以固體形式存于流域內(nèi)，河流主要受地下水補(bǔ)給。金塔河多年平均流量4.34m3/s，年徑流量1.368億m3。

1.2水文特性

1965年10月1日設(shè)立南營水文站，為金塔河下游灌溉及水庫工程設(shè)計(jì)搜集資料。依據(jù)南營站1966—2007年(n=42年)實(shí)測(cè)最大洪峰流量、24h洪量系列，加入歷史洪水成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，用矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用P-Ⅲ曲線適線，得到統(tǒng)計(jì)參數(shù)Qm=177m3/s、Cv=1.14、Cs=3.0Cv，W24h=540萬m3、Cv=0.84、Cs=3.0Cv。南營水庫設(shè)計(jì)洪水過程線采用峰、量同頻率控制放大法，典型過程仍采用1989年南營水庫除險(xiǎn)加固工程初設(shè)成果，其100年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量為925m3/s，相應(yīng)一日洪量為2963萬m3；1000年一遇洪峰流量為1534m3/s，相應(yīng)一日洪量為4782萬m3。

1.3水庫泥沙分析

金塔河河床由砂石組成，河道坡降大，庫區(qū)段河道比降約2%。分析歷年水位過程，最低庫水位逐年抬高，說明隨著時(shí)間的推移，水庫逐年淤積，庫容逐年減少，壩前淤積逐年抬高。

根據(jù)景泰川電力提灌工程指揮部提供的《南營水庫工程地質(zhì)圖》，并采用清華大學(xué)水利系與西北水利科學(xué)研究所提供的水庫淤積形態(tài)公式進(jìn)行估算，南營水庫庫盆基巖以上堆積層平均厚7m以上，表層覆蓋厚度為1.10～2.60m的含礫粉質(zhì)黏土層，下臥厚度為小于10.5m的砂礫石層，扣除基巖風(fēng)化的砂礫石層，估算泥沙礫石總量大于600萬m3。

1.4工程地質(zhì)條件

南營水庫自建成以來，曾多次對(duì)壩體、壩基、輸水隧洞等實(shí)施地質(zhì)勘察。1987年7月對(duì)南營水庫進(jìn)行了加固除險(xiǎn)補(bǔ)充勘測(cè)工作，庫區(qū)出露地層有二疊系、三疊系及白堊系，河床及各級(jí)階地為第四系松散堆積物；庫區(qū)地下水為潛水，主要為基巖裂隙水和埋藏于第四紀(jì)松散堆積物(主要是砂卵石層)中的空隙水，主要接受上游庫水補(bǔ)給，其次為大氣降水補(bǔ)給。經(jīng)1974—1976年進(jìn)行第一次加固，在原心墻內(nèi)增設(shè)厚0.8m混凝土防滲墻，墻底深入基巖斷層帶達(dá)5.0m，基本達(dá)到預(yù)定深度，當(dāng)水庫有效庫容增加時(shí)，庫區(qū)不存在滲漏問題，庫岸穩(wěn)定。水庫左、右岸地形地貌截然不同，左岸岸坡平均坡度50°～60°，崩塌十分發(fā)育，未崩塌的巖石構(gòu)成危石，高懸在陡峻的庫岸上。右壩肩有一個(gè)發(fā)育在基巖斜坡上的切層滑坡，受右壩肩巖性構(gòu)造及地下水的影響，該滑坡危及壩肩穩(wěn)定及壩體安全，后采取消坡、卵石漿砌護(hù)坡，埋設(shè)排水管以降低地下水位等措施進(jìn)行處理?，F(xiàn)狀未見異常。

2庫區(qū)淤積情況

1988年1月利用水庫放空時(shí)機(jī)，進(jìn)行了庫區(qū)地形測(cè)量，以此資料作為南營水庫泥沙設(shè)計(jì)依據(jù)。由實(shí)測(cè)資料分析，呈河道型水庫、U形橫斷面，在正常蓄水位時(shí)，水面寬約400～500m；水庫回水長約2000m，回水末端在支流匯合口以上。水庫縱剖面呈錐體淤積形態(tài)，壩前淤積厚，越往上游淤積越少，淤積比降為4.7‰，約為原河道比降的1/4。壩前淤積高程1914.50m，在輸水洞進(jìn)口前形成一漏斗。1988年水庫總淤積量為106萬m3，按南營水庫年平均淤積14.7萬～22.6萬m3估算，截至2014年底，南營水庫淤積總量約為788.2萬～993.6萬m3。

根據(jù)《南營水庫大壩安全綜合評(píng)價(jià)報(bào)告》，得到南營水庫2014年復(fù)核成果與原設(shè)計(jì)成果對(duì)照情況，見下表。

南營水庫2014年復(fù)核與原設(shè)計(jì)庫容成果對(duì)照表

表中數(shù)據(jù)表明，南營水庫1980—2014年累計(jì)淤積總量633萬～764萬m3，年淤積量19.50萬～22.47萬m3，與1988年實(shí)測(cè)資料吻合，故推定至2014年底，南營水庫淤積總量為750萬m3?？紤]各方面條件，初步擬定清淤600萬m3。

3水庫清淤的必要性及可行性

3.1清淤的必要性

南營水庫于20世紀(jì)六七十年代興建，由于受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)、施工條件和技術(shù)水平的限制，缺乏有效的排沙設(shè)計(jì)，加之水庫上游流域水土流失嚴(yán)重，河流含沙量大，經(jīng)多年運(yùn)行之后，出現(xiàn)了局部的安全隱患、泥沙淤積現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重削減了水庫的有效庫容，而且使樞紐工程調(diào)蓄設(shè)計(jì)洪水能力、供水能力、發(fā)電能力得不到正常發(fā)揮。水庫雖然經(jīng)過除險(xiǎn)加固，樞紐工程的防洪能力得到了恢復(fù)和提高，但是由于缺乏有效的工程排沙、清淤措施，庫區(qū)上游河道以及回水區(qū)淤積了大量泥沙，減小了水庫的興利、防洪庫容，影響了工程效益正常發(fā)揮。特別是在水庫蓄水后，河道和水庫回水區(qū)的水深及過水?dāng)嗝娣e增大，水面坡度減小，導(dǎo)致庫水流速減緩，輸沙能力降低，其挾帶的泥沙部分或全部在庫底沉積，泥沙大量淤積，造成回水區(qū)擴(kuò)大，淤積嚴(yán)重，汛期水位上漲，浸沒田地，并可能導(dǎo)致周圍土地鹽漬化或加劇鹽堿化，損害水生態(tài)環(huán)境，同時(shí)挾沙水流還會(huì)導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備、供水管道加速磨損與報(bào)廢。

實(shí)施水庫清淤工程后，南營水庫可以增加有效庫容500萬m3以上(相當(dāng)于修建一座新水庫)，可以進(jìn)一步提高水庫的防洪能力，保護(hù)飲用水源，提高供水保證率，改善水質(zhì)和水庫周邊環(huán)境，更重要的是能夠保證水庫回水區(qū)及下游兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

規(guī)劃新建的水庫不可避免地會(huì)遇到移民和占用大量優(yōu)質(zhì)土地等問題,新建水庫若計(jì)算所占用土地、移民補(bǔ)償?shù)?，其?shí)際成本遠(yuǎn)大于對(duì)現(xiàn)有水庫的清淤再利用。這種情況下,應(yīng)用已有的科學(xué)技術(shù)手段和工程裝備條件,實(shí)施水庫清淤工程,挖掘水庫蓄水潛力,充分發(fā)揮現(xiàn)有水庫的功能,延長現(xiàn)有水庫的使用壽命,是十分必要的。

3.2清淤的可行性

我國對(duì)水庫淤積的研究開展較早,已取得一定成果,基本具備必需的技術(shù)設(shè)備和方法。實(shí)施水庫清淤工程能有效恢復(fù)庫容，技術(shù)上可行，相對(duì)成本也較低。水庫清淤可分為水力清淤和機(jī)械清淤，由于水庫淤積情況不盡相同,要進(jìn)行清淤就必須逐一對(duì)淤積水庫的具體情況進(jìn)行調(diào)查研究,不同的淤積情況采取不同的清淤設(shè)備和方法。

一方面，南營水庫庫區(qū)壩前淤積高程為1921.00m，庫區(qū)清淤主要在上游：壩趾上游500～1800m庫區(qū)中部淤積高程1928.00～1936.00m，庫盆計(jì)算清淤面積為0.67km2，蓄水期平均水深8m，枯水期無水，稱為淺水灘地作業(yè)區(qū)，該區(qū)開挖深度6m，開挖邊坡1∶5， 挖運(yùn)土方361.8萬m3。壩趾上游500m至近壩處水庫區(qū)域淤積高程1921.00～1928.00m，蓄水期平均水深16m，枯水期平均水深5m，稱為深水作業(yè)區(qū)。庫盆計(jì)算清淤面積為0.23km2，擬定開挖高程1922.00m，該區(qū)平均開挖深度5m，開挖邊坡1∶5，挖運(yùn)土方103.5萬m3。實(shí)際每年新增泥沙淤積量約為20萬m3，擬定工期為5年，總工程共需挖運(yùn)約600萬m3。另一方面，南營水庫位于內(nèi)陸地區(qū)，庫區(qū)年均來水量較少，水資源寶貴。水力清淤手段在清除淤積的同時(shí)需要浪費(fèi)大量的水資源，不適合南營水庫的生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求，因而采用機(jī)械清淤措施。南營水庫壩前500m內(nèi)淤泥出露，枯水期方便挖掘機(jī)進(jìn)入，在壩前500m范圍內(nèi)使用挖掘機(jī)清淤；500m外至庫區(qū)由于庫內(nèi)有水，水位較高，采用絞吸式水力挖泥船清淤。

清淤棄渣由運(yùn)輸車或管道輸送至庫區(qū)右岸1.5km處的山谷中放置。另將壩前淤積泥沙導(dǎo)入下游河道,“蓄清排渾”減少下游河道因過度采砂造成的河床下切危害。因此，水庫清淤在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上是合理的，對(duì)保護(hù)下游河床是有利的。

4結(jié)語

實(shí)施水庫清淤工程能有效恢復(fù)庫容，技術(shù)上可行，相對(duì)成本也較低。清淤恢復(fù)庫容的成本低于新建水庫成本，其優(yōu)勢(shì)在于不占用耕地，不產(chǎn)生移民，不損耗建材。清淤改善了水庫水質(zhì)。實(shí)施水庫清淤工程可帶來顯著的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。首先恢復(fù)南營水庫現(xiàn)有的防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保其能實(shí)現(xiàn)防洪安全的功能，保證了南營水庫防洪區(qū)范圍內(nèi)人民生命及財(cái)產(chǎn)安全；其次，恢復(fù)了水庫有效庫容，提高了樞紐的調(diào)控能力，確保供水安全，使地表水資源得到有效利用，生態(tài)環(huán)境趨于良性循環(huán)；再次，工程實(shí)施后，可增加蓄水量500萬m3，工農(nóng)業(yè)供水和農(nóng)村飲水供水能力得到有效保證，有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效，有利于吸收更多的投資，增加就業(yè)機(jī)會(huì)，增加財(cái)政及個(gè)人收入，從而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各方面發(fā)展。同時(shí)，南營水庫清淤工程的建設(shè)也符合國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，越早實(shí)施，可越早發(fā)揮其綜合效益。

參考文獻(xiàn)

[1]南京水利科學(xué)研究院.南營水庫安全綜合評(píng)價(jià)報(bào)告[R].南京：南京水利科學(xué)研究院，2014.5.

[2]任崗，張文芳.水庫清淤的必要性與可行性分析[J].浙江水利科技，2010(6)：34-35.

[3]高志勤，王全.江蘇省溧陽市沙河水庫生態(tài)清淤環(huán)境保護(hù)措施[J].水利建設(shè)與管理,2008(11)：99-100.

[4]盧銳波.淺析圖上預(yù)先定點(diǎn)交會(huì)法測(cè)算鳳溪水庫泥沙淤積的可行性[J].中國水能及電氣化,2010(11)：42-44.

[5]楊含俠，李連祥，高德松.黃河潼關(guān)河段清淤設(shè)備應(yīng)用及沖沙效率分析[J].人民黃河，2000(7)：24-25.

Exploration and analysis on necessity and feasibility of Nanying

Reservoir desilting

ZHOU Dade

(LiangzhouDistrictJintaRiverWaterConservancyAdministration,Wuwei733000,China)

Abstract:Nanying Reservoir was constructed in 1960s to 1970s. It is lack of effective desilting design due to the limitation of design, construction condition and technical level. In addition, reservoir upstream river basin suffers from serious soil and water erosion and high sand content in the river. The project has local safety hidden danger after being operated for more than 40 years. The reservoir suffers from serious sediment deposition, which not only weakens effective reservoir storage capacity, but also fails to exert normal role of the water-control project in flood storage ability, water supply ability and power generation function. Reservoir’s flood control ability is restored and improved through risk removal and reinforcement. However, since the reservoir is lack of effective project desilting and removal measures, a large amount of sediments are accumulated in reservoir upstream channel and backwater area, thereby reducing reservoir utilizable and flood control capacity of the reservoir, and affecting the normal play of engineering benefit. In this paper, the necessity and feasibility of desilting in Nanying Reservoir area are deeply explored by introducing the reservoir sedimentation condition.

Key words:desilting reservoir; necessity; feasibility; exploration and analysis

中圖分類號(hào)：TV697.3+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8241(2015)11-0033-04