浅析长诏水库生态清淤的范围和深度

陈国柱，刘 毅

（1.莆田市城乡勘测设计研究院，福建 莆田 351100；2.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 310008）

1 问题的提出

水库作为防患水灾害和充分利用淡水资源的重要工程，具有多种优越的综合效益。随着水库运行年限的增长，大都面临泥沙淤积问题，水库淤积不仅影响水库工程综合效益，且会影响水库的正常运行。另外，淤泥作为水体中重要的内源污染，实施有效的内源性污染清淤工作是改善水环境质量的重要措施，也是各地区水污染防治工作的重要内容，水库清淤在解决水库泥沙淤积、保障防洪安全方面具有重大意义，同时在提高水库的供水能力、改善水体环境等方面也发挥着日益巨大的作用。

水库作为一个复杂的生态系统，开展水库生态清淤工作是多学科交叉的系统工程，应综合分析水库水体质量、底泥污染状况、水生生物群落结构、淤泥分布情况、水库功能等关键因素，研究清淤范围，分析水库清淤的优先次序，精确计算清淤深度和规模，为清淤技术手段的选用提供技术参考和决策依据。

2 长诏水库概况

长诏水库（沃洲湖）位于曹娥江支流新昌江上，水库以防洪灌溉为主，结合供水、灌溉、发电等综合利用。水库工程于1972年10月动工，1982年10月竣工验收，设计库容1.89亿m3，属大（2）型水库，水库正常蓄水位131.16 m，相应库容1.36亿m3，台汛期限制水位124.26 m，相应库容0.94亿m3，2014年第5次洪水复合后特征水位与相应库容见表1。

表1 特征水位与相应库容表

3 清淤范围研究与分析

3.1 技术规则

对影响生态清淤的各因素进行精细化分析，结合长诏水库自身特点，明确关键性控制指标（见表2）。依据各指标在水库中的检测结果，将每项指标的数值采用九等分法进行赋值，为生态清淤决策的支持度作指示。

3.2 控制值确定原则

（1）相对性原则。指标分级是基于水库实测数据和现行国家环境质量标准，不反映极端情况及其它水库的数值变化情况。

表2 生态清淤关键性控制指标表

（2）等分原则。在不能确定2个变量间函数关系的情况下，通常假定其为线性关系，即指标对生态清淤决策的支持度与指标呈线性增长或下降，考虑到数据幅度的变化与指示精度，在已测定的最大值与最小值之间进行九等分法，作为分级控制值。

（3）边际效应最大化原则。根据等分原则拟定指标分级控制值不能反映各指标特定规律，对每个指标进行个性分析，在实验基础上个别调整分级控制值，以使调整后的控制值能反映边际最大化，即该值前与后对生态清淤决策的支持度发生最大的变化。

3.3 清淤决策支持度综合指数

综合考虑影响生态清淤的各种因素，引入生态清淤决策支持度综合指数（Z），并利用实际数据进行赋值计算，一方面可以对清淤方案提供技术方向，另一方面结合定性与定量分析。因此，决策支持度指数能够较为有效地反映水库清淤决策，见式（1）。

式中：Z为决策支持度综合指数；Y为关键性指标分级控制值；Q为权重。

式（1）中决策支持度综合指数由各指标的分级控制值与权重组合而成。对于各关键指标的分级控制值按照相关指导原则进行讨论确定，权重的确定采用基于多层次分析方法，即通过相关研究文献、咨询各方专家以及综合水库自身特点进行打分。结合前期研究成果，各相应指标权重的计算见表3。通过计算各参考站点的清淤决策支持度综合指数，并在已有布控点位数据的基础上，进行插值计算。最终形成决策支持度综合指数分布图，以此给出水库清淤范围的初步方案。

表3 生态清淤关键性指标权重表

3.4 长诏水库清淤范围

为了更直观地分析水库的清淤范围和清淤次序，对水库进行分块（见图1）。将长诏水库分成5个区域分别为：大坝前、库中北部、库中南部、南支流、东支流（小将溪支流）。

图1 长诏水库分块区域图

综合水库水体质量和生态保护数据，通过计算各参考站点的清淤决策支持度综合指数，并在已有布控点位数据的基础上进行插值计算，形成决策支持度综合指数分布图（见图2）。

图2 长诏水库清淤决策支持度综合指数分布图

由图2可以看出，清淤支持度指数较重区域主要集中在大坝前与库中北部；其次是库中南部与南支流；最后是东支流（小将溪支流）。因长诏水库东支流区域面积较小，可将其与南支流同步清淤，为此得到长诏水库清淤优先次序：首先应对大坝前与库中北部进行清淤，其次为库中南部与各支流。

综合上述研究分析，长诏水库清淤优先次序为：优先开展大坝前与库中北部清淤，其次对库中南部与各支流进行清淤，清淤范围依据清淤次序确定。

4 生态清淤深度研究分析

为精确计算水库清淤工程量和规模，在清淤范围和优先次序确定的前提下进一步确定清淤深度。清淤深度是清淤对策中论证的关键性因子，如果清淤深度过浅，则达不到有效去除污染物质的目的；而清淤深度过深又会挖除不必清淤的底泥，增加工程投资。在清淤范围已基本确定的情况下，清淤深度直接影响工程量核算，因此必须加以科学论证。

4.1 清淤深度的确定方法

（1）视觉法：不依赖仪器分析、仅凭人的肉眼判断清淤深度。一般对采集的柱状底泥视觉上分为3段，黑色部分认为是污泥层；灰色部分认为是过渡层，污染较轻；黄色或棕色部分认为是历史本底（底板）层。该法主要依赖主观判断，缺乏科学性。

（2）背景值比较法：将当地近现代沉积物湖盆土污染物质平均含量作为该区域的背景值，并以此背景值作为底泥是否需要清淤的评判标准。

（3）拐点判断法：依据底泥中目标污染物含量垂向线型变化通常所具有的明显变化的特征点（拐点）来确定，拐点法的3种分布类型见图3。

（4）经验值法：依据国内外水库或是湖泊治理中已有的清淤工程实际经验作为参考，结合工程实际，综合分析确定清淤深度。

图3 拐点法的3种分布类型图

综上所述，各种方法各有优劣，基于长诏水库底泥淤积分布特征，拟采用背景值与拐点2种方法共同确定清淤深度。即先根据底泥中3大类污染物中最为严重的污染因子进行表 — 中 — 底分层数据找到拐点值，并结合本次水库淤泥厚度与该污染物清淤限值进行比较即背景值比较，计算清淤深度。

4.2 长诏水库清淤深度

结合参考站点底泥污染物分析成果，采用拐点法结合背景值法对长诏水库清淤深度进行分析。判别垂向清淤深度的关键因子为营养盐类总氮，因此，判别水库采样深度的关键指标为总氮，选取大坝前参考站点为特征点，总氮垂向分布曲线见图4。其中拐点值为底层检测值，分析水库底层总氮含量与背景值之间的关系，初步估算水库清淤深度与淤泥探测深度同步。

图4 参考站点总氮垂向分布曲线图

综上分析，根据清淤决策支持度指数分析表明：长诏水库优先开展大坝前与库中北部清淤，其次对库中南部与各支流进行清淤，清淤范围依据清淤次序确定。根据拐点法与背景值法结合分析初步估算长诏水库与清淤深度与其淤泥探测深度同步。因此，长诏水库清淤优先次序及其清淤深度见表4。

5 结 语

浙江省为实现“不把污泥浊水带入全面小康”的工作目标，将底泥清淤整治纳入“五水共治”重点工作，生态清淤应综合考虑水库底泥的分布规律、底泥中污染物空间分布特征、水环境质量现状、水生生物群落特征，充分研究清淤范围与清淤深度，进一步为清淤范围内的优先次序进行排序和估算清淤工程方量，为后续水库的生态清淤提高科学的方案与对策。

表4 长诏水库清淤优先次序及其清淤深度表