碾盤山水利水電樞紐工程河道采砂論證淺析

林江武，廖 明

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430064)

碾盤山水利水電樞紐位于漢江干流湖北省鐘祥市境內(nèi)，壩址距上一級(jí)雅口樞紐58 km，距下一級(jí)興隆樞紐116 km，是國務(wù)院批復(fù)的《長江流域綜合規(guī)劃》的重要組成部分，也是漢江中下游最大水利水電樞紐，已納入國務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程。該樞紐水庫屬于平原河道型水庫，工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、供水，為漢江干游中下游水能利用總體開發(fā)方案丹江口(170 m)、王甫洲(86.23 m)、新集(76.23 m)、崔家營(62.73 m)、雅口(55.23 m)、碾盤山(50.72 m)及興隆(36.23 m)的第6級(jí)。碾盤山水利水電樞紐正常蓄水位為50.72 m，相應(yīng)庫容8.77億m3，校核洪水位50.84 m，總庫容9.02億m3，電站裝機(jī)容量180 MW[1]，多年平均發(fā)電量6.16億kW·h。該工程地處漢江平原，耕地保護(hù)任務(wù)較重，所需筑壩砂石料較多，而漢江河道砂石資源豐富，能滿足工程對(duì)砂石的量和質(zhì)的要求，筑壩砂料擬通過河道采砂解決。漢江發(fā)源于陜西秦嶺南麓，流域面積15.9 km2，全長1 577 km，為長江最長支流[2]，碾盤山采砂區(qū)位于漢江中游干流的轉(zhuǎn)斗灣河段，為彎曲多分汊型河道，河道左岸為鐘祥市，右岸為宜城市。漢江中游上起丹江口，下至鐘祥，全長270 km，集水面積4.68萬km2，流經(jīng)丘陵及河谷盆地，平均比降0.19‰，平原占51.6%，山地占25.4%，丘陵占23%[3]。

1 可采區(qū)控制性指標(biāo)分析

碾盤山水利水電樞紐工程對(duì)天然建材砂石料需求量為465萬t，天然建筑材料需求量見表1，天然砂礫石料場(chǎng)分布詳見表2。

表1 天然建筑材料需求量表

表2 天然砂礫石料場(chǎng)分布表

按照《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》中混凝土粗細(xì)骨料質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)砂礫料場(chǎng)粗細(xì)骨料進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。前鋒(關(guān)山)1、前鋒(關(guān)山)2、郭安和轉(zhuǎn)斗采區(qū)砂礫料場(chǎng)細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)小于2.0～3.0，不能滿足規(guī)范要求，需對(duì)細(xì)骨料進(jìn)行摻合人工破碎料，調(diào)整滿足規(guī)范要求后，再作為混凝土細(xì)骨料，其余質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)均滿足要求。前鋒(關(guān)山)1、前鋒(關(guān)山)2、郭安和轉(zhuǎn)斗采區(qū)砂、砂礫料場(chǎng)可利用水路運(yùn)輸，沿漢江而下，交通較便利。

為避免不合理的開采和過度開采江砂對(duì)河勢(shì)、防洪、通航等方面帶來不利影響，確保江砂資源的可持續(xù)開發(fā)利用，碾盤山水利水電樞紐工程從量、質(zhì)等方面對(duì)砂石料場(chǎng)進(jìn)行比選，確定前鋒(關(guān)山)1、前鋒(關(guān)山)2、郭安共3個(gè)可采區(qū)和轉(zhuǎn)斗1個(gè)備用采砂區(qū)，采砂控制總量465萬t，年度控制開采總量155萬t。其中，前鋒(關(guān)山)1采區(qū)的年度控制開采量為30萬t，控制開采高程38 m，采砂船控制數(shù)量1艘，前鋒(關(guān)山)2采區(qū)的年度控制開采量為25萬t，控制開采高程39 m，采砂船控制數(shù)量1艘，郭安采區(qū)的年度控制開采量為100萬t，控制開采高程39 m，采砂船控制數(shù)量4艘，采砂船只功率控制在720 kW以下，禁采期為警戒水位以上及3月1日至10月15日(其中禁漁期為3月1日至6月30日)，年度開采量分配見表3，采區(qū)控制性指標(biāo)見表4。

表3 各采區(qū)年度開采量分配表

表4 可采區(qū)控制指標(biāo)表 m

2 開采方式分析

碾盤山采砂可采期為每年10月16日至次年3月28日，采砂船應(yīng)嚴(yán)格按照許可規(guī)定的時(shí)間、地點(diǎn)、采砂控制量、開采范圍、開采高程和作業(yè)方式進(jìn)行開采，嚴(yán)格控制采砂船開采功率和數(shù)量，禁采期采砂船舶集中?？?。采砂作業(yè)前沿水流方向合理劃分采砂區(qū)域，通過分層、分段自上而下的施工方法進(jìn)行科學(xué)、有序的開采，并嚴(yán)格控制開采深度，避免形成局部的深坑或者深槽。為減少對(duì)通航安全的影響，應(yīng)將采砂作業(yè)計(jì)劃上報(bào)航道和海事管理部門，按照交通部門的要求采取相應(yīng)的通航安全保障措施。為保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境，在河岸規(guī)劃一定數(shù)量的堆砂場(chǎng)，且采砂作業(yè)必須以水面開挖、岸上篩分即“水采岸分”的方式進(jìn)行。采砂作業(yè)中，以一定的方法和設(shè)備將采挖的泥沙送到岸上的砂場(chǎng)，再由砂場(chǎng)采用一定的方式進(jìn)行篩分、沖洗、分類、堆放，同時(shí)設(shè)置沖洗廢水沉淀池，循環(huán)利用水源[4]。采砂船配備衛(wèi)星定位、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)采砂進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息數(shù)據(jù)共享。采砂作業(yè)過程中，生活污水采用生化處理達(dá)標(biāo)后排放，砂石篩分和裝卸采用濕式作業(yè)，船上施工人員生活垃圾由垃圾桶統(tǒng)一收集，交由當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門清運(yùn)處理，廢柴油、含油污水等危險(xiǎn)廢物，由專用桶回收存放于專用儲(chǔ)藏室，并由有資質(zhì)的單位回收處理。通過劃定禁采期、控制采砂數(shù)量、控制采砂范圍、控制開采深度、減少采砂船數(shù)量、優(yōu)化開采方式，并采取生態(tài)恢復(fù)、人工增殖放流等措施，對(duì)水環(huán)境、水生態(tài)將不會(huì)產(chǎn)生明顯不利影響。

3 采區(qū)河道演變及泥沙補(bǔ)給分析

丹江口建庫后，宜城-碾盤山河段河道演變特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：深泓線橫向擺動(dòng)頻繁，斷面趨于單一，深泓趨于順直，但也有開闊河段淺灘斷面向?qū)挏\方向發(fā)展的現(xiàn)象，洲灘消長、流路多變。宜城～碾盤山河段1978～2016年沿程深泓高程基本上以沖刷為主，詳見圖1。采砂區(qū)附近橫斷面變化，郭安采區(qū)、前鋒(關(guān)山)1采區(qū)、轉(zhuǎn)斗備用采區(qū)多年來地形沖淤變化不大，前鋒(關(guān)山)2采區(qū)以淤積為主，最大淤積深度2 m。碾盤山水利水電樞紐工程建成以后，雅口至碾盤山河段成為庫區(qū)，水流變緩，水深增大，泥沙在庫區(qū)河道落淤。

圖1 宜城-碾盤山河段沿程深泓高程變化圖

碾盤山泥沙主要來自丹江口以下干流河床沖刷與唐白河、南河、蠻河等支流匯入，并受水庫回水影響。碾盤山水庫各頻率回水選取相應(yīng)頻率洪水調(diào)洪過程中多組庫水位對(duì)應(yīng)入庫流量分別計(jì)算取外包，經(jīng)計(jì)算20年一遇干流洪水回水末端距壩址40.2 km[5]，采區(qū)位于庫區(qū)回水末端，也有利于河流所挾帶泥沙的落淤。碾盤山水庫建成運(yùn)行后50年間，庫區(qū)泥沙淤積量5 745萬m3，年均淤積量115萬m3。其中雅口至浰河口42.9 km河段50年泥沙淤積總量為5 399萬m3，占總淤積量的94%，年均淤積量108萬m3。轉(zhuǎn)斗灣采砂河斷屬于雅口至浰河口河段，采區(qū)河段的泥沙補(bǔ)給較為充分，采砂后采砂槽可以得到較快恢復(fù)，庫區(qū)淤積量及排沙比見表5，庫區(qū)泥沙分段沖淤量情況見表6。

表5 碾盤山庫區(qū)泥沙淤積量及排沙比表

表6 碾盤山庫區(qū)泥沙分段沖淤量統(tǒng)計(jì)表 萬m3

4 采砂影響分析

1)對(duì)河勢(shì)的影響分析。項(xiàng)目采砂區(qū)劃分為前鋒(關(guān)山)1、前鋒(關(guān)山)2、郭安共3個(gè)可采區(qū)和轉(zhuǎn)斗1個(gè)備用采砂區(qū)，采區(qū)個(gè)數(shù)較多、采區(qū)位置較分散、開采戰(zhàn)線較長，采區(qū)遠(yuǎn)離兩岸堤防，采區(qū)結(jié)合河道整治工程布置在順主流方向，受兩岸丁壩控導(dǎo)工程的限制，采砂對(duì)河勢(shì)及航道整治工程的影響較小。碾盤山水利樞紐建成以后，雅口至碾盤山河段成為庫區(qū)，水流變緩，水深增大，庫區(qū)泥沙落淤，工程采砂對(duì)河勢(shì)的不利影響將逐漸減弱。

2)對(duì)航道及通航安全的影響分析。采區(qū)位于主航道水域內(nèi)，兩側(cè)丁壩眾多，施工期采砂船與通航船只交錯(cuò)，對(duì)局部河段通航有一定的影響，為減少施工期采砂對(duì)航道和通航安全的影響，作業(yè)實(shí)施前，應(yīng)征求航道和海事部門意見，施工單位應(yīng)主動(dòng)接受航道、海事部門的監(jiān)督管理，在采取工程河段航道維護(hù)和水上交通安全保障措施后，對(duì)航道和通航安全影響較小。碾盤山樞紐建成蓄水后，雅口至碾盤山58km天然航道變成庫區(qū)航道，航道等級(jí)由Ⅳ級(jí)提升到Ⅲ級(jí)，采砂作業(yè)結(jié)束船只撤離作業(yè)區(qū)，采砂對(duì)航道和通航安全的不利影響將逐漸減弱。

3)對(duì)水生態(tài)環(huán)境影響分析。通過分散采區(qū)、減少每個(gè)采區(qū)采砂量、優(yōu)化采砂作業(yè)方式，采用水采岸分，分層、分段自上而下的開采方式，并采取生態(tài)恢復(fù)、人工增殖放流等措施，減少對(duì)河床的撓動(dòng)和水生態(tài)環(huán)境影響，在工程施工作業(yè)過程中，各類施工作業(yè)船舶應(yīng)嚴(yán)格按照《中華人民共和國水污染防治法》和《中華人民共和國防治船舶污染內(nèi)河水域環(huán)境管理規(guī)定》，對(duì)船舶廢污水和生活垃圾進(jìn)行收集處理，施工作業(yè)船只需配備油水分離器，含油廢水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，將不會(huì)對(duì)本工程河段水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量造成明顯不利影響。

5 結(jié) 語

筑壩砂石料的開采直接影響碾盤山水利水電樞紐工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度和投資。項(xiàng)目采取分散采區(qū)、控制每個(gè)采區(qū)年度采砂量、水采岸分、分層、分段自上而下的開采方式，嚴(yán)格控制開采范圍、深度和作業(yè)時(shí)間，控制采砂船功率，減少采砂船只。采砂作業(yè)避開魚類產(chǎn)卵期，避讓魚類產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)和越冬場(chǎng)“三場(chǎng)”，并采取生態(tài)恢復(fù)、人工增殖放流措施，采砂對(duì)河勢(shì)穩(wěn)定、防洪安全、通航安全、水生態(tài)環(huán)境、各類涉水工程影響較小，碾盤山水利水電樞紐工程采砂是可行的。碾盤山水利水電樞紐工程采砂項(xiàng)目節(jié)約了大量工程投資，促進(jìn)了沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)和資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，確保了防洪、通航、水生態(tài)環(huán)境安全，實(shí)現(xiàn)了人與自然和諧共生，取得了明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、生態(tài)效益。