碾盘山水利水电枢纽工程河道采砂论证浅析

林江武，廖 明

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430064)

碾盘山水利水电枢纽位于汉江干流湖北省钟祥市境内，坝址距上一级雅口枢纽58 km，距下一级兴隆枢纽116 km，是国务院批复的《长江流域综合规划》的重要组成部分，也是汉江中下游最大水利水电枢纽，已纳入国务院确定的172项节水供水重大水利工程。该枢纽水库属于平原河道型水库，工程开发任务以发电、航运为主，兼顾灌溉、供水，为汉江干游中下游水能利用总体开发方案丹江口(170 m)、王甫洲(86.23 m)、新集(76.23 m)、崔家营(62.73 m)、雅口(55.23 m)、碾盘山(50.72 m)及兴隆(36.23 m)的第6级。碾盘山水利水电枢纽正常蓄水位为50.72 m，相应库容8.77亿m3，校核洪水位50.84 m，总库容9.02亿m3，电站装机容量180 MW[1]，多年平均发电量6.16亿kW·h。该工程地处汉江平原，耕地保护任务较重，所需筑坝砂石料较多，而汉江河道砂石资源丰富，能满足工程对砂石的量和质的要求，筑坝砂料拟通过河道采砂解决。汉江发源于陕西秦岭南麓，流域面积15.9 km2，全长1 577 km，为长江最长支流[2]，碾盘山采砂区位于汉江中游干流的转斗湾河段，为弯曲多分汊型河道，河道左岸为钟祥市，右岸为宜城市。汉江中游上起丹江口，下至钟祥，全长270 km，集水面积4.68万km2，流经丘陵及河谷盆地，平均比降0.19‰，平原占51.6%，山地占25.4%，丘陵占23%[3]。

1 可采区控制性指标分析

碾盘山水利水电枢纽工程对天然建材砂石料需求量为465万t，天然建筑材料需求量见表1，天然砂砾石料场分布详见表2。

表1 天然建筑材料需求量表

表2 天然砂砾石料场分布表

按照《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》中混凝土粗细骨料质量技术指标要求，对砂砾料场粗细骨料进行质量评价。前锋(关山)1、前锋(关山)2、郭安和转斗采区砂砾料场细骨料细度模数小于2.0～3.0，不能满足规范要求，需对细骨料进行掺合人工破碎料，调整满足规范要求后，再作为混凝土细骨料，其余质量技术指标均满足要求。前锋(关山)1、前锋(关山)2、郭安和转斗采区砂、砂砾料场可利用水路运输，沿汉江而下，交通较便利。

为避免不合理的开采和过度开采江砂对河势、防洪、通航等方面带来不利影响，确保江砂资源的可持续开发利用，碾盘山水利水电枢纽工程从量、质等方面对砂石料场进行比选，确定前锋(关山)1、前锋(关山)2、郭安共3个可采区和转斗1个备用采砂区，采砂控制总量465万t，年度控制开采总量155万t。其中，前锋(关山)1采区的年度控制开采量为30万t，控制开采高程38 m，采砂船控制数量1艘，前锋(关山)2采区的年度控制开采量为25万t，控制开采高程39 m，采砂船控制数量1艘，郭安采区的年度控制开采量为100万t，控制开采高程39 m，采砂船控制数量4艘，采砂船只功率控制在720 kW以下，禁采期为警戒水位以上及3月1日至10月15日(其中禁渔期为3月1日至6月30日)，年度开采量分配见表3，采区控制性指标见表4。

表3 各采区年度开采量分配表

表4 可采区控制指标表 m

2 开采方式分析

碾盘山采砂可采期为每年10月16日至次年3月28日，采砂船应严格按照许可规定的时间、地点、采砂控制量、开采范围、开采高程和作业方式进行开采，严格控制采砂船开采功率和数量，禁采期采砂船舶集中停靠。采砂作业前沿水流方向合理划分采砂区域，通过分层、分段自上而下的施工方法进行科学、有序的开采，并严格控制开采深度，避免形成局部的深坑或者深槽。为减少对通航安全的影响，应将采砂作业计划上报航道和海事管理部门，按照交通部门的要求采取相应的通航安全保障措施。为保护良好的生态环境，在河岸规划一定数量的堆砂场，且采砂作业必须以水面开挖、岸上筛分即“水采岸分”的方式进行。采砂作业中，以一定的方法和设备将采挖的泥沙送到岸上的砂场，再由砂场采用一定的方式进行筛分、冲洗、分类、堆放，同时设置冲洗废水沉淀池，循环利用水源[4]。采砂船配备卫星定位、视频监控系统，对采砂进行实时监控和信息数据共享。采砂作业过程中，生活污水采用生化处理达标后排放，砂石筛分和装卸采用湿式作业，船上施工人员生活垃圾由垃圾桶统一收集，交由当地环卫部门清运处理，废柴油、含油污水等危险废物，由专用桶回收存放于专用储藏室，并由有资质的单位回收处理。通过划定禁采期、控制采砂数量、控制采砂范围、控制开采深度、减少采砂船数量、优化开采方式，并采取生态恢复、人工增殖放流等措施，对水环境、水生态将不会产生明显不利影响。

3 采区河道演变及泥沙补给分析

丹江口建库后，宜城-碾盘山河段河道演变特点主要表现为：深泓线横向摆动频繁，断面趋于单一，深泓趋于顺直，但也有开阔河段浅滩断面向宽浅方向发展的现象，洲滩消长、流路多变。宜城～碾盘山河段1978～2016年沿程深泓高程基本上以冲刷为主，详见图1。采砂区附近横断面变化，郭安采区、前锋(关山)1采区、转斗备用采区多年来地形冲淤变化不大，前锋(关山)2采区以淤积为主，最大淤积深度2 m。碾盘山水利水电枢纽工程建成以后，雅口至碾盘山河段成为库区，水流变缓，水深增大，泥沙在库区河道落淤。

图1 宜城-碾盘山河段沿程深泓高程变化图

碾盘山泥沙主要来自丹江口以下干流河床冲刷与唐白河、南河、蛮河等支流汇入，并受水库回水影响。碾盘山水库各频率回水选取相应频率洪水调洪过程中多组库水位对应入库流量分别计算取外包，经计算20年一遇干流洪水回水末端距坝址40.2 km[5]，采区位于库区回水末端，也有利于河流所挟带泥沙的落淤。碾盘山水库建成运行后50年间，库区泥沙淤积量5 745万m3，年均淤积量115万m3。其中雅口至浰河口42.9 km河段50年泥沙淤积总量为5 399万m3，占总淤积量的94%，年均淤积量108万m3。转斗湾采砂河断属于雅口至浰河口河段，采区河段的泥沙补给较为充分，采砂后采砂槽可以得到较快恢复，库区淤积量及排沙比见表5，库区泥沙分段冲淤量情况见表6。

表5 碾盘山库区泥沙淤积量及排沙比表

表6 碾盘山库区泥沙分段冲淤量统计表 万m3

4 采砂影响分析

1)对河势的影响分析。项目采砂区划分为前锋(关山)1、前锋(关山)2、郭安共3个可采区和转斗1个备用采砂区，采区个数较多、采区位置较分散、开采战线较长，采区远离两岸堤防，采区结合河道整治工程布置在顺主流方向，受两岸丁坝控导工程的限制，采砂对河势及航道整治工程的影响较小。碾盘山水利枢纽建成以后，雅口至碾盘山河段成为库区，水流变缓，水深增大，库区泥沙落淤，工程采砂对河势的不利影响将逐渐减弱。

2)对航道及通航安全的影响分析。采区位于主航道水域内，两侧丁坝众多，施工期采砂船与通航船只交错，对局部河段通航有一定的影响，为减少施工期采砂对航道和通航安全的影响，作业实施前，应征求航道和海事部门意见，施工单位应主动接受航道、海事部门的监督管理，在采取工程河段航道维护和水上交通安全保障措施后，对航道和通航安全影响较小。碾盘山枢纽建成蓄水后，雅口至碾盘山58km天然航道变成库区航道，航道等级由Ⅳ级提升到Ⅲ级，采砂作业结束船只撤离作业区，采砂对航道和通航安全的不利影响将逐渐减弱。

3)对水生态环境影响分析。通过分散采区、减少每个采区采砂量、优化采砂作业方式，采用水采岸分，分层、分段自上而下的开采方式，并采取生态恢复、人工增殖放流等措施，减少对河床的挠动和水生态环境影响，在工程施工作业过程中，各类施工作业船舶应严格按照《中华人民共和国水污染防治法》和《中华人民共和国防治船舶污染内河水域环境管理规定》，对船舶废污水和生活垃圾进行收集处理，施工作业船只需配备油水分离器，含油废水经处理后达标排放，将不会对本工程河段水生态环境质量造成明显不利影响。

5 结 语

筑坝砂石料的开采直接影响碾盘山水利水电枢纽工程建设质量、进度和投资。项目采取分散采区、控制每个采区年度采砂量、水采岸分、分层、分段自上而下的开采方式，严格控制开采范围、深度和作业时间，控制采砂船功率，减少采砂船只。采砂作业避开鱼类产卵期，避让鱼类产卵场、索饵场和越冬场“三场”，并采取生态恢复、人工增殖放流措施，采砂对河势稳定、防洪安全、通航安全、水生态环境、各类涉水工程影响较小，碾盘山水利水电枢纽工程采砂是可行的。碾盘山水利水电枢纽工程采砂项目节约了大量工程投资，促进了沿江经济社会和资源环境协调发展，确保了防洪、通航、水生态环境安全，实现了人与自然和谐共生，取得了明显的社会、经济、环境、生态效益。