鴛鴦池水庫試驗性清淤工程分析

謝興萬，朱 超,邢正鋒

(1.金塔縣鴛鴦池水庫管理所，甘肅 酒泉 735300；2.黃河水利委員會黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003)

1 概述

鴛鴦池水庫位于酒泉市金塔縣西南約12km處，黑河一級支流討賴河上，控制流域面積12439km2，總庫容1.278億m3，是一座以灌溉為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等綜合利用的大(2)型水庫。鴛鴦池水庫的泥沙主要產(chǎn)自上游討賴河和洪水河，水庫多年平均總輸沙量189.8萬t，懸移質(zhì)輸沙量151.82萬t，推移質(zhì)輸沙量37.96萬t。工程始建于1943年，1947年建成，歷經(jīng)5次改擴建達到現(xiàn)狀規(guī)模。自1947年蓄水到現(xiàn)在，由于泥沙淤積導致2020年防洪庫容剩余2564萬m3，與1964年相比，鴛鴦池水庫防洪庫容減少了29.2%，由于防洪庫容的減小，削弱了水庫原有的防洪能力，增加了水庫防洪調(diào)度難度，尤其在洪水期間，水庫的調(diào)蓄能力受到限制，不能有效削減洪峰，對下游的防洪安全保障性降低。

圖1—2為鴛鴦池水庫淤積實測資料沿程分布，由圖可知，鴛鴦池水庫的淤積為錐體淤積，壩前1.1km因灌溉和引水口引水拉沙形成壩前漏斗，比降約5.5‰，水庫建庫以來總的淤積量5919萬m3，年均淤積量為84.6萬m3。

圖1 鴛鴦池水庫淤積

圖2 鴛鴦池水庫淤積沿程分布

水庫多次實測庫容的對比見表1，現(xiàn)狀鴛鴦池水庫正常蓄水位下已經(jīng)淤積了6342.8萬m3，庫容與1964年相比損失了67.2%，嚴重影響了水庫功能的發(fā)揮。鴛鴦池水庫設(shè)計控制灌溉面積42萬畝，由于水庫淤積侵占興利庫容，下游農(nóng)田灌溉無法得到保障。

“十一五”以來，國家加大了對病險水庫除險加固工作力度，工程安全得到了一定保障，但水庫淤積嚴重成為制約工程效益發(fā)揮的瓶頸。金塔縣鴛鴦池和解放村水庫自建庫以來進行了多次的除險加固，除險加固工程的實施保障了水庫閘壩本身的安全。但是，由于泥沙淤積侵占了水庫有效庫容，如果清淤工作不引起重視，將嚴重影響水庫效益和功能的發(fā)揮。為了滿足防洪需要，解決鴛鴦灌區(qū)4—6月灌溉高峰期供水缺額大，農(nóng)業(yè)常遭“卡脖子”旱的問題，鴛鴦池水庫實施清淤擴容迫在眉睫。

表1 鴛鴦池水庫水位、庫容、淤積對照表

2 清淤方案設(shè)計

由于鴛鴦池水庫與下游水庫聯(lián)調(diào)難度大，不適用于異重流、泄洪沖刷、空庫排沙等水力排沙。另外我國西北地區(qū)大多采用旱挖的方式開展水庫清淤，不僅造價較高，效率較低，還需要放空水庫，勢必影響下游灌區(qū)的農(nóng)業(yè)取水。挖泥船清淤機動性好，取料濃度大，但一般只適合水深較淺的平原水庫。為了確保鴛鴦池水庫清淤規(guī)劃項目的順利實施，確保選用清淤方式的效率與可靠性，選取代表性區(qū)域開展小規(guī)模試驗性清淤。如圖3所示。

根據(jù)初步勘測成果水庫淤積物密實度不高，粒徑大小有差異，結(jié)合水庫運行調(diào)度，在庫區(qū)水深4～10m之間時，水庫中部區(qū)域大多可采用挖泥船作為清淤作業(yè)主要方案。在對不同形式挖泥船參數(shù)比選后，最終選取絞吸式挖泥船方案開展試驗。

本試驗方案總布置采用集中的布置方式。根據(jù)水庫淤泥的分布和工程量大小，結(jié)合交通運輸條件和場地條件，布設(shè)試點水下清淤和岸邊堆場位置位于壩上游約1.5km處，并就該區(qū)域進行了最新地形測量。

圖3 清淤區(qū)域位置

施工作業(yè)區(qū)域水底地形測量作業(yè)使用無人船加載多波束測深系統(tǒng)進行作業(yè)，根據(jù)水文情況合理規(guī)劃航線間距，使用聲速剖面儀進行水中聲速修正，保證水底地形全方位覆蓋，將后處理所得數(shù)據(jù)進行三維建模展示和地形重建。

此次試驗性清淤工程在便于管道布設(shè)、堆場建設(shè)等施工和盡量節(jié)省投資原則下，在水下測量選定施工區(qū)域，面積為52500m2，如圖4所示。清淤工程設(shè)計水下清淤方量為21萬m3，平均挖深為4.00m。為了計算清淤方量和便于施工作業(yè)參考，清淤作業(yè)區(qū)域沿南北方向每隔50m布設(shè)一個設(shè)計斷面。依據(jù)水庫管理方提供鴛鴦池水庫2015年以來施工月份庫水位，近年來庫水位高程在1314.12～1319.73m，至設(shè)計底高程1306.61m水深在7.51～13.12m之間，正常水庫調(diào)度水位均能滿足挖泥船工作水深要求。

圖4 清淤工程實施區(qū)域地形

試點清淤工程為了驗證水上作業(yè)可行性與效率，租賃環(huán)保絞吸式挖泥船進行清淤作業(yè)，清淤設(shè)備主要參數(shù)如下：船長：28.8m；寬：10m；吃水：1.8m；泥泵清水流量：5800m3/h；拋錨艇1艘，鋼管及浮體2km。本工程清淤總量小，清淤設(shè)備以管道傳輸淤泥，通過庫水將淤泥輸送到左岸廢棄魚塘及附近山區(qū)進行沉淀。為確保淤泥沉淀后余水回歸到水庫，通過水泵將堆場圍堰內(nèi)的回水回抽至水庫。

工程總歷時40d完成，最終清淤方量21萬m3，清淤淤積物堆場均位于河道左岸，廢棄魚塘附近山體處，一方面可恢復岸坡受魚塘開挖影響，另一方面魚塘附近已建成的臨時道路也可作為沉積泥沙運輸通道。除去廢棄魚塘可作為堆場外，結(jié)合附近山體低凹處進行泥沙堆放，堆場所在庫岸岸坡主要為砂石，地形平坦開闊，持力層主要為碎石土，分布連續(xù)穩(wěn)定，最終清淤工程淤積物堆積高度平均約為2.88m。

3 結(jié)語

鴛鴦池水庫試驗性清淤工程挖泥船作業(yè)部分投資406.35萬元，折合不含臨時工程的清淤單價19.35元/m3。此次試驗性清淤工程根據(jù)試驗區(qū)域地形條件，力求盡量少占各類土地和減少搬遷，確保場內(nèi)交通便利快捷，以求在保證質(zhì)量前提下，達到了工期短、投資省的目的。項目成果進一步驗證了清淤可行性、成本核算、效率等方面，支撐了總體工程實施方案。

通過對鴛鴦池水庫進行清淤，提高現(xiàn)有水庫的調(diào)節(jié)能力，有效利用洪水資源，充分發(fā)揮水庫的效益，將極大解決灌區(qū)灌溉與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需水矛盾，實現(xiàn)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的現(xiàn)實意義。