南营水库清淤的必要性与可行性探析

周大德

(凉州区金塔河水利管理处，甘肃 武威　733000)



南营水库清淤的必要性与可行性探析

周大德

(凉州区金塔河水利管理处，甘肃 武威733000)

【摘要】南营水库于20世纪六七十年代兴建，由于受当时设计、施工条件和技术水平的限制，缺乏有效的排沙设计，加之水库上游流域水土流失严重，河流含沙量大，经过40多年的运行，工程出现了局部安全隐患，库区泥沙淤积严重，不仅严重削减了水库的有效库容，而且使枢纽工程调蓄洪水能力、供水能力、发电功能得不到正常发挥。水库虽然经过除险加固，其防洪能力得到了恢复和提高，但由于缺乏有效的工程排沙、清淤措施，库区上游河道以及回水区淤积了大量的泥沙，减小了水库的兴利、防洪库容，影响了工程效益正常的发挥。本文通过介绍水库淤积情况，对南营水库库区进行清淤的必要性与可行性进行了深入探析。

【关键词】水库清淤；必要性；可行性；探析

1水库概况

南营水库位于石羊河流域金塔河干流出山口处，在武威市城南18km，控制流域面积852km2。水库枢纽工程包括拦河坝、泄洪洞、排沙泄洪洞和输水洞。属中型水库，Ⅲ等工程。水库于1970年建成蓄水，1974年开始观测水位。1974—1976年进行第一次加固；由于水库存在防洪能力不足等问题，1989年对主坝进行除险加固处理，主坝加高3.9m。主坝为均质土坝，全长314m，最大坝高46m，基本达到现状规模。正常蓄水位1938.00m，相应库容1094万m3。防洪标准达到100年一遇洪水设计、1000年一遇洪水校核标准。水库以防洪为主，结合灌溉、发电、供水综合利用，是武威市凉州区经济发展的重要水源地。

1.1流域概况与气象特征

金塔河发源于武威市凉州区祁连山北麓，东临杂木河，西接西营河。其主要支流有大水河和冰沟河，在南营水库坝趾以上1km处汇合。南营水库以上流域面积852km2，其中大水河占60%、冰沟河占40%。流域形状基本呈圆形，平均高程3010.00m，河源最高高程4383.00m，水库坝趾河道高程1897.00m。

金塔河径流补给形式为降水和冰雪融水混合型。上游高山地区有冰川分布，由于受自然地理条件和气象因素的影响，径流年际变化很大，且年内分配也很不平衡。每年4—5月随着气温升高，流域内积雪迅速消融，形成春汛。在此期间，流域产流随气温变化呈明显的日周期变化规律。6—9月降水量显著增加，径流量亦随之激增，成为全年的汛期，该期的径流量约占年径流总量的73%。10月份降水量减少，11月至次年3月，随着气温降低，降水以固体形式存于流域内，河流主要受地下水补给。金塔河多年平均流量4.34m3/s，年径流量1.368亿m3。

1.2水文特性

1965年10月1日设立南营水文站，为金塔河下游灌溉及水库工程设计搜集资料。依据南营站1966—2007年(n=42年)实测最大洪峰流量、24h洪量系列，加入历史洪水成果进行统计分析计算，用矩法初估统计参数，采用P-Ⅲ曲线适线，得到统计参数Qm=177m3/s、Cv=1.14、Cs=3.0Cv，W24h=540万m3、Cv=0.84、Cs=3.0Cv。南营水库设计洪水过程线采用峰、量同频率控制放大法，典型过程仍采用1989年南营水库除险加固工程初设成果，其100年一遇设计洪峰流量为925m3/s，相应一日洪量为2963万m3；1000年一遇洪峰流量为1534m3/s，相应一日洪量为4782万m3。

1.3水库泥沙分析

金塔河河床由砂石组成，河道坡降大，库区段河道比降约2%。分析历年水位过程，最低库水位逐年抬高，说明随着时间的推移，水库逐年淤积，库容逐年减少，坝前淤积逐年抬高。

根据景泰川电力提灌工程指挥部提供的《南营水库工程地质图》，并采用清华大学水利系与西北水利科学研究所提供的水库淤积形态公式进行估算，南营水库库盆基岩以上堆积层平均厚7m以上，表层覆盖厚度为1.10～2.60m的含砾粉质黏土层，下卧厚度为小于10.5m的砂砾石层，扣除基岩风化的砂砾石层，估算泥沙砾石总量大于600万m3。

1.4工程地质条件

南营水库自建成以来，曾多次对坝体、坝基、输水隧洞等实施地质勘察。1987年7月对南营水库进行了加固除险补充勘测工作，库区出露地层有二叠系、三叠系及白垩系，河床及各级阶地为第四系松散堆积物；库区地下水为潜水，主要为基岩裂隙水和埋藏于第四纪松散堆积物(主要是砂卵石层)中的空隙水，主要接受上游库水补给，其次为大气降水补给。经1974—1976年进行第一次加固，在原心墙内增设厚0.8m混凝土防渗墙，墙底深入基岩断层带达5.0m，基本达到预定深度，当水库有效库容增加时，库区不存在渗漏问题，库岸稳定。水库左、右岸地形地貌截然不同，左岸岸坡平均坡度50°～60°，崩塌十分发育，未崩塌的岩石构成危石，高悬在陡峻的库岸上。右坝肩有一个发育在基岩斜坡上的切层滑坡，受右坝肩岩性构造及地下水的影响，该滑坡危及坝肩稳定及坝体安全，后采取消坡、卵石浆砌护坡，埋设排水管以降低地下水位等措施进行处理。现状未见异常。

2库区淤积情况

1988年1月利用水库放空时机，进行了库区地形测量，以此资料作为南营水库泥沙设计依据。由实测资料分析，呈河道型水库、U形横断面，在正常蓄水位时，水面宽约400～500m；水库回水长约2000m，回水末端在支流汇合口以上。水库纵剖面呈锥体淤积形态，坝前淤积厚，越往上游淤积越少，淤积比降为4.7‰，约为原河道比降的1/4。坝前淤积高程1914.50m，在输水洞进口前形成一漏斗。1988年水库总淤积量为106万m3，按南营水库年平均淤积14.7万～22.6万m3估算，截至2014年底，南营水库淤积总量约为788.2万～993.6万m3。

根据《南营水库大坝安全综合评价报告》，得到南营水库2014年复核成果与原设计成果对照情况，见下表。

南营水库2014年复核与原设计库容成果对照表

表中数据表明，南营水库1980—2014年累计淤积总量633万～764万m3，年淤积量19.50万～22.47万m3，与1988年实测资料吻合，故推定至2014年底，南营水库淤积总量为750万m3。考虑各方面条件，初步拟定清淤600万m3。

3水库清淤的必要性及可行性

3.1清淤的必要性

南营水库于20世纪六七十年代兴建，由于受当时设计、施工条件和技术水平的限制，缺乏有效的排沙设计，加之水库上游流域水土流失严重，河流含沙量大，经多年运行之后，出现了局部的安全隐患、泥沙淤积现象，不仅严重削减了水库的有效库容，而且使枢纽工程调蓄设计洪水能力、供水能力、发电能力得不到正常发挥。水库虽然经过除险加固，枢纽工程的防洪能力得到了恢复和提高，但是由于缺乏有效的工程排沙、清淤措施，库区上游河道以及回水区淤积了大量泥沙，减小了水库的兴利、防洪库容，影响了工程效益正常发挥。特别是在水库蓄水后，河道和水库回水区的水深及过水断面积增大，水面坡度减小，导致库水流速减缓，输沙能力降低，其挟带的泥沙部分或全部在库底沉积，泥沙大量淤积，造成回水区扩大，淤积严重，汛期水位上涨，浸没田地，并可能导致周围土地盐渍化或加剧盐碱化，损害水生态环境，同时挟沙水流还会导致发电设备、供水管道加速磨损与报废。

实施水库清淤工程后，南营水库可以增加有效库容500万m3以上(相当于修建一座新水库)，可以进一步提高水库的防洪能力，保护饮用水源，提高供水保证率，改善水质和水库周边环境，更重要的是能够保证水库回水区及下游两岸人民的生命财产安全。

规划新建的水库不可避免地会遇到移民和占用大量优质土地等问题,新建水库若计算所占用土地、移民补偿等，其实际成本远大于对现有水库的清淤再利用。这种情况下,应用已有的科学技术手段和工程装备条件,实施水库清淤工程,挖掘水库蓄水潜力,充分发挥现有水库的功能,延长现有水库的使用寿命,是十分必要的。

3.2清淤的可行性

我国对水库淤积的研究开展较早,已取得一定成果,基本具备必需的技术设备和方法。实施水库清淤工程能有效恢复库容，技术上可行，相对成本也较低。水库清淤可分为水力清淤和机械清淤，由于水库淤积情况不尽相同,要进行清淤就必须逐一对淤积水库的具体情况进行调查研究,不同的淤积情况采取不同的清淤设备和方法。

一方面，南营水库库区坝前淤积高程为1921.00m，库区清淤主要在上游：坝趾上游500～1800m库区中部淤积高程1928.00～1936.00m，库盆计算清淤面积为0.67km2，蓄水期平均水深8m，枯水期无水，称为浅水滩地作业区，该区开挖深度6m，开挖边坡1∶5， 挖运土方361.8万m3。坝趾上游500m至近坝处水库区域淤积高程1921.00～1928.00m，蓄水期平均水深16m，枯水期平均水深5m，称为深水作业区。库盆计算清淤面积为0.23km2，拟定开挖高程1922.00m，该区平均开挖深度5m，开挖边坡1∶5，挖运土方103.5万m3。实际每年新增泥沙淤积量约为20万m3，拟定工期为5年，总工程共需挖运约600万m3。另一方面，南营水库位于内陆地区，库区年均来水量较少，水资源宝贵。水力清淤手段在清除淤积的同时需要浪费大量的水资源，不适合南营水库的生态环境以及经济运行需求，因而采用机械清淤措施。南营水库坝前500m内淤泥出露，枯水期方便挖掘机进入，在坝前500m范围内使用挖掘机清淤；500m外至库区由于库内有水，水位较高，采用绞吸式水力挖泥船清淤。

清淤弃渣由运输车或管道输送至库区右岸1.5km处的山谷中放置。另将坝前淤积泥沙导入下游河道,“蓄清排浑”减少下游河道因过度采砂造成的河床下切危害。因此，水库清淤在技术上是可行的，在经济上是合理的，对保护下游河床是有利的。

4结语

实施水库清淤工程能有效恢复库容，技术上可行，相对成本也较低。清淤恢复库容的成本低于新建水库成本，其优势在于不占用耕地，不产生移民，不损耗建材。清淤改善了水库水质。实施水库清淤工程可带来显著的社会效益、环境效益和经济效益。首先恢复南营水库现有的防洪标准，确保其能实现防洪安全的功能，保证了南营水库防洪区范围内人民生命及财产安全；其次，恢复了水库有效库容，提高了枢纽的调控能力，确保供水安全，使地表水资源得到有效利用，生态环境趋于良性循环；再次，工程实施后，可增加蓄水量500万m3，工农业供水和农村饮水供水能力得到有效保证，有助于实现农业增产增效，有利于吸收更多的投资，增加就业机会，增加财政及个人收入，从而推动经济社会各方面发展。同时，南营水库清淤工程的建设也符合国家经济社会可持续发展战略，越早实施，可越早发挥其综合效益。

参考文献

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Exploration and analysis on necessity and feasibility of Nanying

Reservoir desilting

ZHOU Dade

(LiangzhouDistrictJintaRiverWaterConservancyAdministration,Wuwei733000,China)

Abstract:Nanying Reservoir was constructed in 1960s to 1970s. It is lack of effective desilting design due to the limitation of design, construction condition and technical level. In addition, reservoir upstream river basin suffers from serious soil and water erosion and high sand content in the river. The project has local safety hidden danger after being operated for more than 40 years. The reservoir suffers from serious sediment deposition, which not only weakens effective reservoir storage capacity, but also fails to exert normal role of the water-control project in flood storage ability, water supply ability and power generation function. Reservoir’s flood control ability is restored and improved through risk removal and reinforcement. However, since the reservoir is lack of effective project desilting and removal measures, a large amount of sediments are accumulated in reservoir upstream channel and backwater area, thereby reducing reservoir utilizable and flood control capacity of the reservoir, and affecting the normal play of engineering benefit. In this paper, the necessity and feasibility of desilting in Nanying Reservoir area are deeply explored by introducing the reservoir sedimentation condition.

Key words:desilting reservoir; necessity; feasibility; exploration and analysis

中图分类号：TV697.3+1

文献标识码：A

文章编号：1673-8241(2015)11-0033-04