南水北調(diào)中線大寧調(diào)蓄水庫(kù)淤積及清淤方案分析

摘要：海河“23·7”流域性特大洪水入庫(kù)，使大寧調(diào)蓄水庫(kù)產(chǎn)生水庫(kù)淤積問(wèn)題，導(dǎo)致水庫(kù)功能弱化，供水及防洪能力下降，工程效益降低。對(duì)大寧調(diào)蓄水庫(kù)清淤方案進(jìn)行了比選研究，分析了不同方案對(duì)水庫(kù)水質(zhì)、水量、運(yùn)行安全及水生態(tài)、水環(huán)境等方面的影響。結(jié)果表明：環(huán)保生態(tài)清淤是比較理想的清淤方式。工程實(shí)施后，清除大寧調(diào)蓄水庫(kù)淤積物體量達(dá)126萬(wàn)m3，有效恢復(fù)了水庫(kù)庫(kù)容，改善了水庫(kù)自凈能力。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)清淤； 海河“23·7”流域性特大洪水； 大寧調(diào)蓄水庫(kù)； 南水北調(diào)中線工程

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV697.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.016

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S2-0057-03

0引言

2023年7月31日，受臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”登陸帶來(lái)大范圍強(qiáng)降雨影響，北京市降雨歷時(shí)長(zhǎng)、雨量大，小清河、小啞叭河持續(xù)來(lái)水。受暴雨影響，永定河發(fā)生大洪水，部分洪水分流至大寧調(diào)蓄水庫(kù)。8月1日大寧調(diào)蓄水庫(kù)達(dá)到歷史最高蓄水位58.7 m。洪水過(guò)后，大寧調(diào)蓄水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)遺留了大量洪積物，包括水面漂浮物（約40 000 m3）和沖積土（約10 000 m3）。同時(shí)，大寧調(diào)蓄水庫(kù)已運(yùn)行近10 a，尤其是遭遇此次洪水，使水庫(kù)出現(xiàn)淤積問(wèn)題。

本文結(jié)合大寧調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)區(qū)條件，從水質(zhì)、水量、運(yùn)行安全及水生態(tài)、水環(huán)境等方面考慮，對(duì)清淤方案進(jìn)行了比選研究，選定環(huán)保生態(tài)清淤方式進(jìn)行庫(kù)區(qū)清淤，并提出水庫(kù)清淤管理對(duì)策建議。

1工程概況

大寧調(diào)蓄水庫(kù)位于北京市房山區(qū)，是北京市一級(jí)水源保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是永定河的滯洪水庫(kù)之一。在原設(shè)計(jì)承擔(dān)的防洪任務(wù)基礎(chǔ)上，大寧調(diào)蓄水庫(kù)增加了作為南水北調(diào)調(diào)蓄水庫(kù)的功能。大寧調(diào)蓄水庫(kù)建于1985年，為配套南水北調(diào)工程，于2009～2014年對(duì)水庫(kù)進(jìn)行改造，總庫(kù)容4 611萬(wàn)m3，最高蓄水位為58.35 m，非汛期調(diào)蓄庫(kù)容為3 753萬(wàn)m3，屬于中型水庫(kù)［1］，庫(kù)區(qū)南北長(zhǎng)約3 km，中部寬度約0.8 km，現(xiàn)狀庫(kù)區(qū)面積約2.44 km2。

大寧調(diào)蓄水庫(kù)是南水北調(diào)中線工程干線中唯一的調(diào)蓄水庫(kù)，主要功能是充分、可靠地調(diào)蓄利用南水北調(diào)工程來(lái)水并向城市供水，提高北京城市供水保證率。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行維護(hù)，2020年大寧調(diào)蓄水庫(kù)被列為一級(jí)水源地，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到地表水三類(lèi)，是鸕鶿、白鷺、蒼鷺和黑鸛等國(guó)家一、二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物的棲息地。

大寧調(diào)蓄水庫(kù)自2014年底改造完成以來(lái)，河道內(nèi)未進(jìn)行過(guò)清淤工程。2023年7月31日，受暴雨影響，永定河發(fā)生洪水，部分洪水分流至大寧調(diào)蓄水庫(kù)。洪水中大量泥沙、石子、生活垃圾、建筑垃圾等沖積物在庫(kù)區(qū)內(nèi)沉積。水庫(kù)清淤是恢復(fù)水庫(kù)有效庫(kù)容、延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命、改善水質(zhì)、充分發(fā)揮興利作用的重要措施［2-3］。結(jié)合大寧水庫(kù)使用功能、供水安全及水庫(kù)運(yùn)行要求等實(shí)際情況，為增加水庫(kù)庫(kù)容及改善此區(qū)域的水環(huán)境，需要對(duì)大寧水庫(kù)進(jìn)行清淤。

2水庫(kù)淤積勘察

為探明水庫(kù)淤積現(xiàn)狀，于2023年8月采用船載式淺地層剖面儀進(jìn)行淤泥探測(cè)工作?？碧匠晒砻鳎捍髮幷{(diào)蓄水庫(kù)表層廣泛分布淤泥，庫(kù)尾淤積相對(duì)較多，局部有坑處淤積較厚。

2.1庫(kù)底淤積勘察

考慮行船安全和探測(cè)面積，采用船載式淺地層剖面儀對(duì)淤積頂面低于48.0 m（水深大于1.6 m）的區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。實(shí)施過(guò)程中沿水庫(kù)最長(zhǎng)直徑方向布設(shè)測(cè)線3條（2.0～2.2 km），橫向測(cè)線7條（500～600 m）。

為了消除涌浪和橫搖對(duì)地層測(cè)量的影響，勘察使用德國(guó)Innomar的SES2000淺地層剖面儀，利用Octans光纖羅經(jīng)系統(tǒng)對(duì)涌浪和橫搖進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。淺地層剖面探測(cè)主要用來(lái)獲取調(diào)查區(qū)水底面以下0～10 m深度范圍的地層剖面。

在庫(kù)區(qū)設(shè)置淤積探測(cè)點(diǎn)位共計(jì)34 000個(gè)，其中17 000個(gè)點(diǎn)位采集淤積物頂面數(shù)據(jù)，通過(guò)采集和分析得到淤積物底面數(shù)據(jù)。根據(jù)水庫(kù)淺地層剖面聲波反射特征，可以確定水底表面以上存在泄洪殘留淤泥層，淤泥層位于原始水底面以上；泥層以下為卵石地層，卵石地層上部區(qū)域卵石較小且混有泥沙，反射較強(qiáng)。在凹陷區(qū)域常見(jiàn)浮泥層與原水底泥層之間存在夾層，該夾層反射強(qiáng)度弱于淤泥層，與水體反射強(qiáng)度近似，夾層中偶爾可見(jiàn)疑似泄洪殘留物。由淺地層剖面儀各測(cè)線剖面可直觀讀取水下淤積物頂面，即水下地形剖面。通過(guò)對(duì)波形進(jìn)行分析，可甄別水下淤積物底面，典型淺地層剖面圖譜如圖1所示。

綜上分析可知，庫(kù)區(qū)淤積物總體厚度為1.0～1.5 m。從淤積趨勢(shì)來(lái)看，庫(kù)尾較庫(kù)首淤積更厚，且局部地形凹陷處淤積可達(dá)3 m以上。經(jīng)過(guò)對(duì)淤積物的三維建模計(jì)算，初步探明大寧庫(kù)區(qū)高程48.0 m以下的庫(kù)底淤積物體量約為126 177 9 m3，依據(jù)SL17-2014《疏浚與吹填工程技術(shù)規(guī)范》，清淤規(guī)模為大型（環(huán)保疏浚工程清淤量≥50 萬(wàn)m3）。

2.2庫(kù)岸、灘地淤積勘察

大寧水庫(kù)岸邊、灘地的庫(kù)底主要位于高程48.0 m以上。通過(guò)對(duì)中堤泵站、調(diào)節(jié)池泵站、泄洪閘等區(qū)域的岸邊、灘地淤積情況進(jìn)行抽點(diǎn)探測(cè)，淤積物厚度多為0.2～0.7 m。通過(guò)對(duì)岸邊、灘地地形建模，結(jié)合大寧水庫(kù)水位與水面面積關(guān)系，計(jì)算岸邊、灘地面積約為24.48萬(wàn)m3。結(jié)合對(duì)應(yīng)區(qū)域的淤積物厚度（0.5 m），考慮地形、坡比等實(shí)際因素，估算庫(kù)區(qū)的岸邊、灘地淤積物體量不低于12萬(wàn)m3。

王靖宇南水北調(diào)中線大寧調(diào)蓄水庫(kù)淤積及清淤方案分析3清淤方式確定

3.1大寧調(diào)蓄水庫(kù)條件分析

考慮大寧調(diào)蓄水庫(kù)的功能及其所具有的社會(huì)效益、生態(tài)效益，應(yīng)盡量避免庫(kù)區(qū)放空。在清淤過(guò)程中應(yīng)盡量減少淤泥攪動(dòng)，防止擾動(dòng)和擴(kuò)散，盡可能減少水體的二次污染，保障庫(kù)區(qū)水質(zhì)穩(wěn)定［4-6］。同時(shí)，不對(duì)河流水體和周?chē)h(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，周邊主要為中堤、西堤及社會(huì)道路，用地緊張，無(wú)大面積淤泥沉淀區(qū)域，無(wú)法滿足淤泥中間儲(chǔ)存和堆場(chǎng)的要求。

3.2常用清淤方式比選

現(xiàn)有庫(kù)區(qū)清淤方式主要有排干清淤、水下清淤、環(huán)保清淤等，應(yīng)考慮盡量減少清淤對(duì)庫(kù)區(qū)生態(tài)、通水等方面的影響。

（1） 排干清淤可分為干挖清淤和水力沖挖清淤。適用于不承擔(dān)防洪、排澇、供水、航運(yùn)功能且流量較小河道，該方式的優(yōu)點(diǎn)是清淤?gòu)氐?、質(zhì)量有保證，缺點(diǎn)是浪費(fèi)水資源，需要晾曬時(shí)間，且采用圍堰形式會(huì)增加成本。同時(shí)，很多庫(kù)區(qū)只能在非汛期施工，工期受到限制，施工過(guò)程易受天氣影響，并可能對(duì)庫(kù)區(qū)邊坡和生態(tài)系統(tǒng)造成一定破壞。

（2） 水下清淤主要有抓斗式清淤、斗輪式清淤、普通絞吸式清淤。適用于開(kāi)挖泥層厚度大、障礙物多的中、小型河湖水域，優(yōu)點(diǎn)是靈活機(jī)動(dòng)，施工不受天氣影響，但缺點(diǎn)是在清淤過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量污染物擴(kuò)散，逃淤、回淤情況嚴(yán)重，易造成大面積水體污染。

（3） 環(huán)保生態(tài)清淤多用于河道、湖泊和水庫(kù)的環(huán)保清淤工程。該方式的優(yōu)點(diǎn)是具有防止污染淤泥泄漏和擴(kuò)散的功能，在清淤施工時(shí)對(duì)水體產(chǎn)生的影響相對(duì)較小。底泥清除率一般在95%以上。該方式具有高精度定位技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，精確定位絞刀深度，挖掘精度高，可有效避免漏挖或者超挖現(xiàn)象的發(fā)生。缺點(diǎn)是成本高，對(duì)水位有一定要求。

通過(guò)比選幾種清淤方式適應(yīng)性（表1）可以得出，環(huán)保生態(tài)清淤的土質(zhì)適應(yīng)性好、施工效率高，二次污染可控制，對(duì)周邊環(huán)境、水生態(tài)保護(hù)影響較小，且造價(jià)中等，可明顯減少對(duì)庫(kù)區(qū)水體的擾動(dòng)。

3.3清淤方式確定

通過(guò)庫(kù)區(qū)清淤方式比選及大寧調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)區(qū)條件的分析，采用環(huán)保清淤方式（環(huán)保清淤船+固結(jié)脫水一體化）進(jìn)行清淤，使用裝配式模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)備系統(tǒng)包括取泥系統(tǒng)、泥漿預(yù)處理系統(tǒng)、脫水干化系統(tǒng)、尾水處理系統(tǒng)。各處理單元根據(jù)工程實(shí)際靈活搭配布置。

（1） 清淤取泥。絞吸船從河底吸取淤泥;通過(guò)輸泥管道（在水中用浮管）送到脫水處理站。

（2） 篩分單元。輸送到脫水處理站的泥漿首先進(jìn)入振動(dòng)篩（安裝在濃縮箱上方）篩除垃圾雜物。

（3） 濃縮單元。篩分后的泥漿流入濃縮箱進(jìn)行沉淀濃縮。

（4） 絮凝單元。濃縮后的泥漿投加絮凝劑，通過(guò)一系列盤(pán)管發(fā)生反應(yīng)，形成絮體。

（5） 壓濾脫水系統(tǒng)。絮凝后的泥漿進(jìn)入帶式壓濾機(jī)進(jìn)行脫水、出泥。

（6） 余水處理系統(tǒng)。濃縮箱的上清液進(jìn)入沉淀箱進(jìn)行沉淀，實(shí)現(xiàn)出水懸浮物達(dá)標(biāo)（lt;150 mg/ml）。

綜合考慮，大寧調(diào)蓄水庫(kù)采用環(huán)保清淤方式進(jìn)行清淤，以保障水源地水質(zhì)安全、改善庫(kù)區(qū)水環(huán)境、保證水庫(kù)有效庫(kù)容、實(shí)現(xiàn)調(diào)蓄功能以及確保區(qū)域供水安全。該方式盡可能不破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)條件，有效清除庫(kù)區(qū)底泥中的污染物，避免水體的二次污染。通過(guò)有針對(duì)性的清淤減量，可實(shí)現(xiàn)庫(kù)區(qū)的良性發(fā)展。

3.4淤泥處理站布置

根據(jù)工程清淤設(shè)備布置，擬在工程庫(kù)首灘地及中堤泵站上游灘地各布置一處淤泥處理站，每處面積約10 000 m2，結(jié)合庫(kù)區(qū)現(xiàn)有下河路布置。工程完工后，需要對(duì)淤泥處理站中設(shè)備及車(chē)輛等占用的部分區(qū)域進(jìn)行綠化恢復(fù)，恢復(fù)面積約10 000 m2。因就近無(wú)可結(jié)合利用的場(chǎng)地和場(chǎng)所，擬將泥餅運(yùn)至房山區(qū)社會(huì)消納場(chǎng)進(jìn)行消納。

表1清淤方式適應(yīng)性分析比較內(nèi)容排干清淤水下清淤干挖清淤水力沖挖清淤抓斗式清淤普通絞吸式清淤斗輪式清淤環(huán)保生態(tài)清淤土質(zhì)適應(yīng)性好較好一般較好好好施工效率高中低高中高淤泥輸送方式人工、挖掘機(jī)人工、管道泥駁船管道管道管道對(duì)周邊環(huán)境的影響大大大較小大小二次污染較小較小大小大可控制水生態(tài)保護(hù)影響大大較大中中小造價(jià)高（帶圍堰）低低高高中4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大寧調(diào)蓄水庫(kù)淤積現(xiàn)狀勘察分析，確定了清淤工程的施工區(qū)域；并根據(jù)庫(kù)區(qū)水質(zhì)、水量及輸水任務(wù)等因素，結(jié)合當(dāng)前常用清淤方式和水庫(kù)實(shí)際情況，最終確定采用環(huán)保生態(tài)清淤，即環(huán)保清淤船和固結(jié)脫水一體化相結(jié)合的清淤作業(yè)模式。工程實(shí)施后，清除大寧調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)區(qū)淤積物體量達(dá)126萬(wàn)m3。該方案可為同類(lèi)水庫(kù)大規(guī)模清淤工程作業(yè)提供參考。

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（編輯：李慧）