淺析長詔水庫生態(tài)清淤的范圍和深度

陳國柱，劉 毅

（1.莆田市城鄉(xiāng)勘測設(shè)計研究院，福建 莆田 351100；2.浙江省河海測繪院，浙江 杭州 310008）

1 問題的提出

水庫作為防患水災(zāi)害和充分利用淡水資源的重要工程，具有多種優(yōu)越的綜合效益。隨著水庫運行年限的增長，大都面臨泥沙淤積問題，水庫淤積不僅影響水庫工程綜合效益，且會影響水庫的正常運行。另外，淤泥作為水體中重要的內(nèi)源污染，實施有效的內(nèi)源性污染清淤工作是改善水環(huán)境質(zhì)量的重要措施，也是各地區(qū)水污染防治工作的重要內(nèi)容，水庫清淤在解決水庫泥沙淤積、保障防洪安全方面具有重大意義，同時在提高水庫的供水能力、改善水體環(huán)境等方面也發(fā)揮著日益巨大的作用。

水庫作為一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，開展水庫生態(tài)清淤工作是多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工程，應(yīng)綜合分析水庫水體質(zhì)量、底泥污染狀況、水生生物群落結(jié)構(gòu)、淤泥分布情況、水庫功能等關(guān)鍵因素，研究清淤范圍，分析水庫清淤的優(yōu)先次序，精確計算清淤深度和規(guī)模，為清淤技術(shù)手段的選用提供技術(shù)參考和決策依據(jù)。

2 長詔水庫概況

長詔水庫（沃洲湖）位于曹娥江支流新昌江上，水庫以防洪灌溉為主，結(jié)合供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用。水庫工程于1972年10月動工，1982年10月竣工驗收，設(shè)計庫容1.89億m3，屬大（2）型水庫，水庫正常蓄水位131.16 m，相應(yīng)庫容1.36億m3，臺汛期限制水位124.26 m，相應(yīng)庫容0.94億m3，2014年第5次洪水復(fù)合后特征水位與相應(yīng)庫容見表1。

表1 特征水位與相應(yīng)庫容表

3 清淤范圍研究與分析

3.1 技術(shù)規(guī)則

對影響生態(tài)清淤的各因素進行精細化分析，結(jié)合長詔水庫自身特點，明確關(guān)鍵性控制指標(biāo)（見表2）。依據(jù)各指標(biāo)在水庫中的檢測結(jié)果，將每項指標(biāo)的數(shù)值采用九等分法進行賦值，為生態(tài)清淤決策的支持度作指示。

3.2 控制值確定原則

（1）相對性原則。指標(biāo)分級是基于水庫實測數(shù)據(jù)和現(xiàn)行國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不反映極端情況及其它水庫的數(shù)值變化情況。

表2 生態(tài)清淤關(guān)鍵性控制指標(biāo)表

（2）等分原則。在不能確定2個變量間函數(shù)關(guān)系的情況下，通常假定其為線性關(guān)系，即指標(biāo)對生態(tài)清淤決策的支持度與指標(biāo)呈線性增長或下降，考慮到數(shù)據(jù)幅度的變化與指示精度，在已測定的最大值與最小值之間進行九等分法，作為分級控制值。

（3）邊際效應(yīng)最大化原則。根據(jù)等分原則擬定指標(biāo)分級控制值不能反映各指標(biāo)特定規(guī)律，對每個指標(biāo)進行個性分析，在實驗基礎(chǔ)上個別調(diào)整分級控制值，以使調(diào)整后的控制值能反映邊際最大化，即該值前與后對生態(tài)清淤決策的支持度發(fā)生最大的變化。

3.3 清淤決策支持度綜合指數(shù)

綜合考慮影響生態(tài)清淤的各種因素，引入生態(tài)清淤決策支持度綜合指數(shù)（Z），并利用實際數(shù)據(jù)進行賦值計算，一方面可以對清淤方案提供技術(shù)方向，另一方面結(jié)合定性與定量分析。因此，決策支持度指數(shù)能夠較為有效地反映水庫清淤決策，見式（1）。

式中：Z為決策支持度綜合指數(shù)；Y為關(guān)鍵性指標(biāo)分級控制值；Q為權(quán)重。

式（1）中決策支持度綜合指數(shù)由各指標(biāo)的分級控制值與權(quán)重組合而成。對于各關(guān)鍵指標(biāo)的分級控制值按照相關(guān)指導(dǎo)原則進行討論確定，權(quán)重的確定采用基于多層次分析方法，即通過相關(guān)研究文獻、咨詢各方專家以及綜合水庫自身特點進行打分。結(jié)合前期研究成果，各相應(yīng)指標(biāo)權(quán)重的計算見表3。通過計算各參考站點的清淤決策支持度綜合指數(shù)，并在已有布控點位數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進行插值計算。最終形成決策支持度綜合指數(shù)分布圖，以此給出水庫清淤范圍的初步方案。

表3 生態(tài)清淤關(guān)鍵性指標(biāo)權(quán)重表

3.4 長詔水庫清淤范圍

為了更直觀地分析水庫的清淤范圍和清淤次序，對水庫進行分塊（見圖1）。將長詔水庫分成5個區(qū)域分別為：大壩前、庫中北部、庫中南部、南支流、東支流（小將溪支流）。

圖1 長詔水庫分塊區(qū)域圖

綜合水庫水體質(zhì)量和生態(tài)保護數(shù)據(jù)，通過計算各參考站點的清淤決策支持度綜合指數(shù)，并在已有布控點位數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行插值計算，形成決策支持度綜合指數(shù)分布圖（見圖2）。

圖2 長詔水庫清淤決策支持度綜合指數(shù)分布圖

由圖2可以看出，清淤支持度指數(shù)較重區(qū)域主要集中在大壩前與庫中北部；其次是庫中南部與南支流；最后是東支流（小將溪支流）。因長詔水庫東支流區(qū)域面積較小，可將其與南支流同步清淤，為此得到長詔水庫清淤優(yōu)先次序：首先應(yīng)對大壩前與庫中北部進行清淤，其次為庫中南部與各支流。

綜合上述研究分析，長詔水庫清淤優(yōu)先次序為：優(yōu)先開展大壩前與庫中北部清淤，其次對庫中南部與各支流進行清淤，清淤范圍依據(jù)清淤次序確定。

4 生態(tài)清淤深度研究分析

為精確計算水庫清淤工程量和規(guī)模，在清淤范圍和優(yōu)先次序確定的前提下進一步確定清淤深度。清淤深度是清淤對策中論證的關(guān)鍵性因子，如果清淤深度過淺，則達不到有效去除污染物質(zhì)的目的；而清淤深度過深又會挖除不必清淤的底泥，增加工程投資。在清淤范圍已基本確定的情況下，清淤深度直接影響工程量核算，因此必須加以科學(xué)論證。

4.1 清淤深度的確定方法

（1）視覺法：不依賴儀器分析、僅憑人的肉眼判斷清淤深度。一般對采集的柱狀底泥視覺上分為3段，黑色部分認為是污泥層；灰色部分認為是過渡層，污染較輕；黃色或棕色部分認為是歷史本底（底板）層。該法主要依賴主觀判斷，缺乏科學(xué)性。

（2）背景值比較法：將當(dāng)?shù)亟F(xiàn)代沉積物湖盆土污染物質(zhì)平均含量作為該區(qū)域的背景值，并以此背景值作為底泥是否需要清淤的評判標(biāo)準(zhǔn)。

（3）拐點判斷法：依據(jù)底泥中目標(biāo)污染物含量垂向線型變化通常所具有的明顯變化的特征點（拐點）來確定，拐點法的3種分布類型見圖3。

（4）經(jīng)驗值法：依據(jù)國內(nèi)外水庫或是湖泊治理中已有的清淤工程實際經(jīng)驗作為參考，結(jié)合工程實際，綜合分析確定清淤深度。

圖3 拐點法的3種分布類型圖

綜上所述，各種方法各有優(yōu)劣，基于長詔水庫底泥淤積分布特征，擬采用背景值與拐點2種方法共同確定清淤深度。即先根據(jù)底泥中3大類污染物中最為嚴重的污染因子進行表 — 中 — 底分層數(shù)據(jù)找到拐點值，并結(jié)合本次水庫淤泥厚度與該污染物清淤限值進行比較即背景值比較，計算清淤深度。

4.2 長詔水庫清淤深度

結(jié)合參考站點底泥污染物分析成果，采用拐點法結(jié)合背景值法對長詔水庫清淤深度進行分析。判別垂向清淤深度的關(guān)鍵因子為營養(yǎng)鹽類總氮，因此，判別水庫采樣深度的關(guān)鍵指標(biāo)為總氮，選取大壩前參考站點為特征點，總氮垂向分布曲線見圖4。其中拐點值為底層檢測值，分析水庫底層總氮含量與背景值之間的關(guān)系，初步估算水庫清淤深度與淤泥探測深度同步。

圖4 參考站點總氮垂向分布曲線圖

綜上分析，根據(jù)清淤決策支持度指數(shù)分析表明：長詔水庫優(yōu)先開展大壩前與庫中北部清淤，其次對庫中南部與各支流進行清淤，清淤范圍依據(jù)清淤次序確定。根據(jù)拐點法與背景值法結(jié)合分析初步估算長詔水庫與清淤深度與其淤泥探測深度同步。因此，長詔水庫清淤優(yōu)先次序及其清淤深度見表4。

5 結(jié) 語

浙江省為實現(xiàn)“不把污泥濁水帶入全面小康”的工作目標(biāo)，將底泥清淤整治納入“五水共治”重點工作，生態(tài)清淤應(yīng)綜合考慮水庫底泥的分布規(guī)律、底泥中污染物空間分布特征、水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、水生生物群落特征，充分研究清淤范圍與清淤深度，進一步為清淤范圍內(nèi)的優(yōu)先次序進行排序和估算清淤工程方量，為后續(xù)水庫的生態(tài)清淤提高科學(xué)的方案與對策。

表4 長詔水庫清淤優(yōu)先次序及其清淤深度表