宿鴨湖水庫(kù)清淤擴(kuò)容方案及效益分析

韓術(shù)生，王昕，苗惠昌

（1河南省固始縣陳淋子鎮(zhèn)城鄉(xiāng)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)中心；2駐馬店市宿鴨湖水庫(kù)管理局）

1 工程概況

宿鴨湖水庫(kù)是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等多項(xiàng)目綜合利用的大（1）型水利樞紐工程，由于為平原水庫(kù)，庫(kù)床比降緩，庫(kù)面面積大，攔庫(kù)大壩長(zhǎng)，上游來(lái)水進(jìn)入庫(kù)區(qū)后，下泄緩慢，大量泥沙沉入庫(kù)區(qū)造成庫(kù)區(qū)的淤積。水庫(kù)淤積的出現(xiàn)不僅影響了水庫(kù)效益的發(fā)揮，而且也造成了庫(kù)內(nèi)水質(zhì)曾經(jīng)長(zhǎng)期達(dá)到劣Ⅴ類的程度。為了解宿鴨湖水庫(kù)目前淤積狀況，2015年10月，進(jìn)行了水下淤積測(cè)量，獲取的宿鴨湖水庫(kù)水位現(xiàn)狀庫(kù)容曲線與原設(shè)計(jì)對(duì)比如圖1所示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，水庫(kù)總淤積量約7 710萬(wàn)m3。

圖1 宿鴨湖水庫(kù)水位現(xiàn)狀庫(kù)容曲線與原設(shè)計(jì)對(duì)比圖

2 研究方案

2.1 淤積原因

造成宿鴨湖水庫(kù)淤積的主要原因包含自然因素、人為因素、工程設(shè)施因素以及運(yùn)用條件因素等。由于水庫(kù)上游水土流失嚴(yán)重，上游河道含沙量大，當(dāng)汛期雨水?dāng)y帶泥沙進(jìn)入庫(kù)區(qū)后，水流速度減緩，泥沙沉積在庫(kù)區(qū)，并且由于工程缺少排（沖）沙設(shè)施，北庫(kù)至泄洪閘距離較遠(yuǎn)，淤積的泥沙難以排出，造成淤積現(xiàn)象不斷嚴(yán)重。此外，水庫(kù)淤積速度與運(yùn)用方式密切相關(guān)，根據(jù)計(jì)算，水庫(kù)排沙1 m3需耗水1 020 m3，而由于每年第一場(chǎng)洪水來(lái)臨時(shí)庫(kù)水位最低，且第一場(chǎng)洪水含沙量最大，導(dǎo)致水庫(kù)沒有足夠的水用于排沙，經(jīng)年累積，淤積加劇。除了工程本身的問(wèn)題以外，水庫(kù)上游及周邊地區(qū)多為村莊，耕種區(qū)域緊隨水位降落區(qū)域變化，將原有河道改為耕地，使得河道原有的植被和卵石層被破壞，引發(fā)水土流失，徑流攜帶泥沙進(jìn)入水庫(kù)庫(kù)區(qū)。

2.2 清淤必要性

由于宿鴨湖水庫(kù)是汝河下游河道的補(bǔ)充水源，水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化污染嚴(yán)重，直接影響汝河下游河道的生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)狀水庫(kù)水質(zhì)污染嚴(yán)重，下放基流將影響下游河道生態(tài)。宿鴨湖水庫(kù)設(shè)計(jì)之初沒有城市供水任務(wù)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，需水量不斷增加，缺水問(wèn)題日益突出。驛城區(qū)、上蔡縣距宿鴨湖水庫(kù)上游來(lái)水年內(nèi)分配不均、年際變化大，水庫(kù)來(lái)水集中在汛期6-9月，最大年徑流量是最小年徑流量的33倍?，F(xiàn)狀水庫(kù)在滿足下放生態(tài)基流和城市供水要求后，灌區(qū)灌溉保證率為49.20%，不滿足要求；水庫(kù)不清淤，再運(yùn)行50 a 后，灌溉保證率僅為12.30%，極低，將嚴(yán)重影響灌溉效益。水庫(kù)不能同時(shí)滿足灌區(qū)灌溉、下放河道生態(tài)基流和城市供水的用水要求。隨著淤積物的逐年增加，水庫(kù)的興利效益將逐漸降低。

由于上游生活污水污染、水庫(kù)周邊耕種污染、人工養(yǎng)殖等原因，加上水庫(kù)水深較淺、水體自凈能力較差，水庫(kù)水污染嚴(yán)重。正常蓄水位根據(jù)2016年和2017年的監(jiān)測(cè)結(jié)果，雖然宿鴨湖水庫(kù)水質(zhì)類別仍為劣Ⅴ類，但超標(biāo)的污染指標(biāo)總磷（2016年為3.80，2017年為3.30）、石油類、高錳酸鹽指數(shù)等數(shù)值在降低，說(shuō)明隨著上游來(lái)水的逐步治理，庫(kù)區(qū)水質(zhì)在改善，但水質(zhì)污染程度的根本改變?nèi)孕枰扇∠到y(tǒng)的工程及管理措施?，F(xiàn)狀水庫(kù)水質(zhì)污染嚴(yán)重，不能滿足灌溉、河道生態(tài)基流和供水對(duì)水質(zhì)的要求。

2.3 清淤擴(kuò)容方案

水庫(kù)50.34 m 高程修圍堰擋水后，50.34～51.84 m采用陸地法施工，50.34 m 高程以下采用水下法施工。陸地法清淤擴(kuò)容施工采用2 m3挖掘機(jī)15～20 t自卸汽車運(yùn)輸至規(guī)劃堆土位置堆放；水下施工采用環(huán)保式絞吸式挖泥船施工。壩后淤泥堆填區(qū)考慮分4層填筑，每層設(shè)排水砂帶。自庫(kù)區(qū)西側(cè)的濕地巡護(hù)開始，對(duì)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行清淤擴(kuò)挖。經(jīng)挖填平衡后，其中興利庫(kù)容擴(kuò)容5 311萬(wàn)m3。

2.3.1 淤積測(cè)量與分析

根據(jù)2015年實(shí)測(cè)水庫(kù)淤積深度等值線圖（圖2），結(jié)合庫(kù)區(qū)地形等高線分布，計(jì)算出宿鴨湖水庫(kù)庫(kù)區(qū)實(shí)際淤積量見表1，淤積總量7 710 萬(wàn)m3。興利水位以下淤積7 394 萬(wàn)m3，其中死水位以下淤積量為3 834 萬(wàn)m3，占淤積總量的49.73%，死水位至興利水位之間淤積3 560 萬(wàn)m3，占淤積量的46.17%；興利水位以上淤積316萬(wàn)m3，占淤積總量的4.10%。從宿鴨湖水庫(kù)淤積分布情況看，泥沙主要淤積在死庫(kù)容，部分淤積在興利庫(kù)容，與鄰近其它水庫(kù)的淤積分布情況類似。

2.3.2 庫(kù)區(qū)淤泥處理方案

2.3.2.1 人工島

結(jié)合宿鴨湖組團(tuán)規(guī)劃，為減少土方外運(yùn)，利用水庫(kù)開挖土方進(jìn)行堆島，形成島體的大致輪廓，開挖料運(yùn)至堆島區(qū)后需進(jìn)行碾壓，以保證島體的穩(wěn)定性。

人工島位置盡量避開入口河道及已有的建設(shè)，結(jié)合當(dāng)?shù)貧v史文化變遷，適當(dāng)考慮景觀效果，使三個(gè)人工島嶼遙相呼應(yīng)。人工島高度為設(shè)計(jì)邊坡最陡處為1∶5，根據(jù)島體形態(tài)不同，設(shè)置上島道路。

堆土造島產(chǎn)生的主要作用效應(yīng)為：堆土場(chǎng)地在堆土荷載作用下，可引起地基土壓縮固結(jié)，產(chǎn)生沉降但下伏第②層重粉質(zhì)壤土及第③層粉質(zhì)黏土分布穩(wěn)定，巖性單一，地基土沉降為均勻沉降。同時(shí)堆島分布于庫(kù)中，周邊無(wú)任何建筑物，沉降對(duì)周邊環(huán)境影響不大。

圖2 實(shí)際兩側(cè)的水庫(kù)淤積深度等值線圖

表1 庫(kù)區(qū)實(shí)測(cè)淤積量計(jì)算表

人工島嶼共堆建3 座，堆高37 m，共堆筑土方1 222 萬(wàn)m3。填筑島嶼位置盡量避開入口河道，并適當(dāng)考慮景觀效果，使三個(gè)島嶼遙相呼應(yīng)。

填料：人工島填筑時(shí)首先對(duì)人工島基礎(chǔ)進(jìn)行清基。根據(jù)施工組織，填筑時(shí)應(yīng)分層堆砌，將開挖出來(lái)的水上土方堆砌島基礎(chǔ)部分。堆島填料壓實(shí)度≥0.98。

島體排水設(shè)計(jì)：降雨時(shí)，雨水滲漏進(jìn)島體，會(huì)降低堆島體土體強(qiáng)度指標(biāo)，邊坡安全系數(shù)降低，做好堆島體排水，對(duì)邊坡穩(wěn)定、工程安全尤為重要。為迅速排走雨水，保證堆島土體邊坡穩(wěn)定，在島體頂部設(shè)縱向排水溝，在島體周圍每50 m設(shè)一條橫向排水溝，采用寬0.20 m、深0.30 m的預(yù)制C20混凝土U型渠，將雨水導(dǎo)入水庫(kù)內(nèi)。

2.3.2.2 壩后淤泥堆填

根據(jù)工程總體布置，庫(kù)區(qū)清除的淤泥全部排向大壩下游，淤泥經(jīng)自然固化后，結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)劃利用。排泥之前，先將排泥區(qū)基面腐殖土清除，并選擇合適區(qū)域臨時(shí)堆存，用于后期淤區(qū)頂部和圍堰外側(cè)邊坡綠化或復(fù)耕。為了避免壩后排泥對(duì)大壩下游導(dǎo)滲系統(tǒng)的影響，將淤區(qū)導(dǎo)滲溝改為暗排。為了保證宿鴨湖大壩的安全，避免淤泥對(duì)下游壩坡浸泡的影響，對(duì)下游壩坡進(jìn)行處理。首先清除下游壩坡腐殖土層及草皮、植物根莖等雜物，接著鋪設(shè)土工膜。為了不影響整個(gè)工程的工期，加速淤泥固化，在淤區(qū)底部設(shè)一層中粗砂，砂層一直延伸到圍堰外側(cè)，圍堰外側(cè)砂層出露部位設(shè)碎石反濾層。

圍堰填至一定高程后即可向淤區(qū)里面抽排淤泥，自然固化后，其頂部再設(shè)一層中粗砂，砂層與圍堰內(nèi)側(cè)邊坡上的排水砂帶相接，其上可再承接抽排過(guò)來(lái)的淤泥，共抽排兩次。為加快淤泥固化速度，圍堰內(nèi)縱、橫向可設(shè)一根豎向的塑料排水帶，底部與砂層相接。

3 清淤擴(kuò)容效益

3.1 供水效益

宿鴨湖水庫(kù)本次清淤擴(kuò)容后，死水位和興利水位保持不變，在滿足農(nóng)業(yè)灌溉、下放生態(tài)基流、考慮給驛城區(qū)和上蔡縣供水，且有利于防洪的基礎(chǔ)上，結(jié)合水庫(kù)現(xiàn)狀淤積情況及開挖邊坡設(shè)計(jì)，恢復(fù)了死庫(kù)容、增加了興利庫(kù)容5 448萬(wàn)m3，水庫(kù)增加的基流下泄可增加下游河道供水能力，提高供水效益。根據(jù)供水效益分?jǐn)傁禂?shù)估算的供水效益為13 600萬(wàn)元。

供水效益分?jǐn)傁禂?shù)表達(dá)式如下：

式（1）中：B工—多年平均供水效益（萬(wàn)元）；W—多年平均凈供水量（萬(wàn)m3）；q—規(guī)劃水平年當(dāng)?shù)厝f(wàn)元產(chǎn)值耗水量38 m3/萬(wàn)元；S=C水/（C水+C工）—供水效益分?jǐn)傁禂?shù)采用S=1.60%。

3.2 生態(tài)效益

水庫(kù)淤積問(wèn)題不僅嚴(yán)重影響了水庫(kù)的興利效益，同時(shí)，庫(kù)區(qū)較大一部分面積常年水深＜2 m，近年各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)中五日生化需氧量及氨氮兩項(xiàng)超標(biāo)嚴(yán)重。已有的水質(zhì)成果表明庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，水質(zhì)較差，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。

根據(jù)中科院謝高地等在參照Costanza 等研究（全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和自然資本，1997 年發(fā)表在《自然雜志》，從科學(xué)意義上明確了生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估的原理和方法）的基礎(chǔ)上，修正制訂的中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值系數(shù)表，見表2，來(lái)計(jì)算本次工程的生態(tài)環(huán)境效益。經(jīng)計(jì)算，工程的生態(tài)環(huán)境效益為13 300萬(wàn)元，清淤工程按照50%的效益計(jì)算為6 650萬(wàn)元。

表2 中國(guó)不同陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值表單位：元/hm2·a

3.3 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)及敏感性分析

國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)：經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值，效益費(fèi)用比。評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3。國(guó)民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為7.85%，大于社會(huì)折現(xiàn)率6%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為82 334 萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比為1.16，＞1，國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)比較優(yōu)越，說(shuō)明工程在經(jīng)濟(jì)上是合理的。

表3 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)表

投資變幅±10%，效益變幅±10%，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值變化如表4。

表4 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)敏感性分析表

從敏感性分析結(jié)果可看出：當(dāng)各項(xiàng)敏感因素發(fā)生不利于工程的變化時(shí)，經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率均＞6%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值均大于零，說(shuō)明工程具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

4 結(jié)論

由于自然因素、人為因素、工程設(shè)施不足、運(yùn)用條件限制等的影響，造成了宿鴨湖水庫(kù)淤積嚴(yán)重，限制了水庫(kù)效益的發(fā)揮。清淤擴(kuò)容不僅恢復(fù)了水庫(kù)庫(kù)容，增大了水庫(kù)供水能力，而且清淤工程后各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益均能得到增大。