巴家咀水库硫酸盐超标治理措施研究

袁 超

（庆阳市水利工程质量监督站，甘肃庆阳745000）

1 巴家咀水源地基本情况

巴家咀水库始建于1962 年，历经3 次加固加高，现坝高75.6 m，总库容5.4 亿m3，控制流域面积3 478 km2，多年平均径流量1.268 亿m3，年供水量1 300 多万m3。由于地处黄土高原沟壑区，巴家咀水源地水质总体较差，总硬度和硫酸盐含量相对较高，城区生活用水主要通过净化水厂反渗透工艺处理后供给。2019 年5 月份庆阳市生态环境监测中心监测发现硫酸盐含量高达368 mg/L，超标0.47倍，同年10 月，黄河水利委员会水文局对巴家咀水库库容情况进行了实地勘测，结果显示总淤积量已达4.1 亿m3，正常蓄水位以下兴利库容由设计的2 030 万m3减少到了现在的538 万m3。库区硫酸盐持续超标问题严重威胁着庆阳市城区30 多万群众的饮用水安全，急需治理解决。

2 水质超标原因分析

经对水库淤积土壤取样监测，分析对比历年蓄水能力变化、上游来水量及水库淤积情况，再结合环保部门水源地水质监测数据分析结果，综合判断造成库水硫酸盐超标的主要原因如下：

一是源头基流硫酸盐浓度高。蒲河发源于环县砖城子，上游河床基岩出露，基流主要靠泉水补给，枯水季节泉水将深层地下盐分带出流入河道，致使河道基流水质硫酸盐、氯化物等浓度含量较高。2017年5 月庆阳市环境监测站监测到巴家咀水库上游白家川断面（镇原县殷家城）硫酸盐浓度为1 310 mg/L，大黑河上游吴城子断面硫酸盐浓度为410 mg/L，相对水源地达标水质分别超标4.24 倍和0.64 倍。随着下游支流汇入稀释，入库水质硫酸盐浓度下降到了226 mg/L，但已接近水源地水质标准的上限值（250 mg/L），总体状况不容乐观。

二是水库有效库容减少。在2002 年对巴家咀水库进行大坝安全评价时，水库总淤积量就已经达到3.3 亿m3，此后10 多年来为保证城区供水，水库很少进行拉槽扩容，到目前水库槽库容基本损失殆尽，总淤积量已达到4.4 亿m3，正常蓄水位1 115 m 以下有效库容不足1 500 万m3，进入主汛期汛限水位1 112.5 m 以下蓄水量不足100 万m3。有效库容的减少使汛期洪水资源不能有效调节利用，难以稀释降低库水矿化度，导致水库水质逐年变差。

三是上游来水总量减少。据水文资料统计分析，蒲河流域近10 多年来未产生大的洪水，来水总体呈递减趋势。近5 年水库入库平均径流量为3664 万m3，仅相当于建库60 年来平均径流量1.268 亿m3的1/3。河道径流量减少主要是汛期来洪量减少造成的，这使得水库蓄水量基流占比增加，从而导致库水硫酸盐浓度逐年升高。据环保监测资料显示库水硫酸盐浓度已由“十一五”期间的203 mg/L、“十二五”期间的215 mg/L、2018 年的237 mg/L，增加到2019年5 月份的368 mg/L，水源地水质已由临界变为超标。

3 国内其他水库治理启示

3.1 循序渐进，大胆尝试

水库清淤没有成功经验可供借鉴，红崖山水库设计总库容9 930 万m3，总淤积量3 552 万m3，从2011 年就开展了试验性工程，在蓄水期间利用绞吸船清淤的同时，在冬季封冻季节采取挖掘机配套自卸汽车进行无水作业，测试库区的淤泥承载力和机械设备的台班分组方案；红崖山水库共花费5.5 亿元完成了1 370 万m3清淤量，实施后总库容达到1.48 亿m3。宿鸭湖水库工程位于淮河流域河南省驻马店市，建于20 世纪50 年代，水库总库容16.38 亿m3，清淤前淤积量为7 10 万m3，开工前也在尤山段进行了试验，主要对绞吸船的吃水深度、单位工作效率进行了测试研究，为定制船舶提供了依据。

3.2 长远谋划，综合治理

红崖山水库、黄羊水库、宿鸭湖水库和湛河治理都将清淤和生态环境整治进行有机结合。红崖山水库利用河西平原水库的有利地形，在库区内堆积泥沙形成6 座人工岛，以栈道形式相互联通，配套灌溉工程后以采摘园、生态鸟岛、花卉等主题进行旅游开发；黄羊水库清淤完成后对弃渣场进行平整绿化，开发形成了水文化景观；宿鸭湖水库清淤完工后在库外堆沙区以建设生态公园、渔业小镇等形式进行了旅游开发；湛河治理建成了40.2 km 的生态景观廊道、3 个公园和52 个景观节点，实现了河道治理带动两岸经济、文化、旅游业发展的效果。这些工程在治理思路上都创新了工程建设的发展理念，形成了综合治理的发展模式。

3.3 多措并举，积极推进

红崖山水库、宿鸭湖水库均采用水下清淤和无水清淤两种方式，黄羊水库在采用这两种方式的同时，还进行了水力清淤，总清淤量245 万m3，其中水力清淤85 万m3，无水清淤、水下清淤各80 万m3，总投资5 577.5 万元。湛河河道治理工程采用长臂挖掘机清淤，自卸汽车运输，绞吸设备输送至河道两岸，实现了多种方式的有效结合，节省了工期，提高了清淤效率。红崖山水库除险加固工程2016 年纳入国务院172 个重大水利工程，同时被国家发展和改革委员会确定为新开工的20 项重大节水供水工程之一，争取国家投资1.9 亿元。黄羊水库借助于祁连山“山、水、林、田、湖”生态保护修复工程开展清淤工作，全部争取到了国家投资。宿鸭湖水库清淤扩容工程采取设计采购施工总承包（EPC）模式，总投资31.78 亿元，清淤扩容后恢复死库容3 338 万m3，兴利库容增加5 448 万m3，总库容达到16.47 亿m3，相当于新建一座大型水库，且不需要移民征地。

4 治理措施分析研究

巴家咀水库治理立足于水库运行实际情况和水源地水质状况，建议采取近中远期相结合，工程与非工程措施相配套，按照“远近结合、分类施策，标本兼治、统筹推进”的原则，近期利用2 年时间，完成市区应急水源工程建设，优先改善城区生活供水水质；同时利用3 年时间，完成水库汛期冲沙减淤工作，恢复水库槽库容，增加洪水调蓄能力，稀释改善水源地水质；远期实施水库上游控源拦沙治理工程，从源头上予以控制和治理，全面改善巴家咀水源地硫酸盐超标问题，保障饮用水源地水质达标，切实维护人民群众用水安全和社会和谐稳定。

一是建设庆阳市应急水源工程。为了提高市区居民生活供水质量和保证率，缓解巴家咀水库硫酸盐超标问题，建议推进庆阳市城区应急水源工程，从庆城县芡子沟取水，经2 级泵站提水至驿马镇后，自流至西峰进入城区供水管网，输水线路总长56.48 km，年引水量为497 万m3，工程总投资2.14 亿元，项目实施后在满足应急需要和改善城区供水水质的同时，还可完善巴家咀水库汛期调度方式，为水库排沙减淤创造有利条件。

二是启动巴家咀水库清淤工作。从巴家咀水库运行实际情况来看，恢复扩大槽库容，利用洪水资源稀释基流硫酸盐是近期有效可行的办法。充分利用敞泄期的洪水携沙能力，同时考虑到利用洪水排沙受来水来沙条件影响较大，为减小排沙压力，将推淤入槽和库外堆淤结合，将一部分沙堆放至库外。根据库区清淤分布，考虑溯源冲刷主要集中在距坝3 km以外，且距坝3.5 km 以上滩地上生长着芦苇等杂草，最好挖运至库外。为施工方便可靠，减少投资，将库区下段距坝3.5 km 范围内约360 万m3的淤泥，分年度推入冲刷后的深槽；将靠近石油码头的上段2.5 km 范围内约200 万m3的淤泥，运输至库外堆存。通过对清淤规模、清淤部位、库区地形和经济投入的比较，并考虑避开水源地一级水源保护区、不占用防洪库容等要求，选择南峁坝址修建拦沙坝。坝址距沟口约1.5 km，高程在校核洪水回水水面线以上，坝高44 m，相应库容约200 万m3。通过以上清淤措施将有效降低水源地硫酸盐浓度，改善供水水质。此后通过强化水库调度运行和经常化小规模冲淤，达到冲淤平衡，保证水库有效调节库容。

三是实施蒲河上游支流治理工程。鉴于巴家咀水库硫酸盐、氯化物主要来自上游河道基流，治理的根本措施是在上游矿化度较高支流建设坝系工程，枯水期拦蓄高浓度基流，汛期洪水稀释后，逐步下泄排放。这样一方面可有效降低河道基流矿化度，另一方面可以有效拦截泥沙，增加洪水利用量，实现综合生态效益。初步规划在水库上游白家川、康家河和大黑河等主要支流上，建设较大的控源拦沙工程。通过实地踏勘和计算分析，初步计划可在白家川、康家河和大黑河等主要支流上，建设3 座较大的控源拦沙工程，从根本上解决巴家咀水库硫酸盐超标问题。