铜川市水库清淤扩容技术可行性研究浅析

由 灿 邬登成

(中交水利水电建设有限公司，浙江 宁波 315200)

铜川市地处关中平原向陕北黄土高原过渡地带，境内河流皆属黄河流域，由东北部的北洛河水系和西南部的石川河水系组成，流域总面积3882km2。全市水资源总量小，2017年水资源总量为2.09亿m3，人均占有量仅为全国人均的1/8，属严重的资源型缺水地区。为拦洪蓄水充分开发利用水资源，铜川市在二十世纪六七十年代兴建了大量的水库。截至目前铜川市直接管辖的水库有29座，总库容4084.3万m3，但是由于当时施工技术落后且对河流泥沙特性和运动规律缺乏研究和认识，致使水库建设质量先天不足，缺乏有效的排沙设计，隐患较多。即使后期有除险加固、增设排沙设施的举措，也无法从根本上解决目前水库大量泥沙淤积的现状。到目前为止，全市境内水库普遍出现严重的泥沙淤积现象，最大淤积厚度普遍在10～20m，淤损库容普遍在60%以上，水库淤积不仅造成库容损失，不利于大坝结构稳定，危害水库运行安全，还会降低库区水环境质量，从而影响水库防洪、灌溉、供水、生态环保等功能效益的正常发挥。因此进行水库清淤，扩大水库有效库容，以保证铜川市供水安全，维持大坝安全稳定，提高城乡居民用水质量就显得十分必要和迫切。

1 水库淤积现状

铜川市境内属市里直接管辖的水库共29座，其中耀州区(含新区)、王益区各分布5座和4座，以小(1)型水库居多，印台区、宜君县各分布9座和11座，以小(2)型水库居多。

根据实地踏勘和无人机无人船测量结合历史资料调研分析，铜川市水库淤积的现状见表1。

表1 铜川市水库淤积现状汇总 (单位：万m3)

铜川市29座水库总库容4098.3万m3，坝前淤积厚度基本在10～30m，淤积总库容2303.4万m3，总体库容淤损率高达56.2%(见表2)。库内现状水深普遍不超过1m，蓄水量普遍不超过10万m3。境内水库以小型居多，多具有防洪、饮水、灌溉等功能。但从目前库区淤积状态来看，小型水库淤积最为严重，防洪功能均已基本丧失，有14个水库呈干涸状态，其中李家河水库、洞子沟水库、楼子沟水库已计划报废。水库库内现存水量及水质已不能满足居民饮水要求，灌溉面积也受到很大限制。目前，较多水库因功能缺失，已被承包用作渔业养殖、旅游开发等。

表2 铜川市水库淤积统计汇总

2 水库清淤扩容总体规划

规划涉及的29座水库在功能定位、淤积现状、蓄水能力、外部施工条件等方面均存在较大差异，根据各水库功能需求、淤积现状、库内水深条件、进库道路条件、上游来水情况、周边工程影响等综合考量，按以下原则制定本次水库清淤扩容总体规划。

a.把保障最基本的民生用水需求放在首位，做到万无一失。高尔塬水库目前承担着耀州区小丘镇5.6万人用水及灌区3.8万亩农田的灌溉任务，西河水库是宜君县1.4万人用水的唯一水源地。因此，水库清淤必须确保该2个水库的供水能力和水质安全，保障最基本的民生需求。在实施清淤前，需做好应急备用水源地方案。

c.先行清淤库容较大的水库。水库清淤后，水库库容得到释放，特别对于大库容水库，可以获得更大蓄水能力，利于水资源的集中调配，方便管理。另外，大库容水库现存蓄水量相对较大，而采用水力输送方式进行水下清淤需要消耗水量，且蓄水量越多清淤效果越好，清淤方量越大。因此，先行清淤库容较大的水库。

d.多年无水溢出的水库暂无清淤必要，继续以水位监测为主。如宜君县的党沟水库、印台区的支架沟水库、王益区的北雷水库等，因汇水范围内来水量不足，水库淤积后的剩余库容仍能存蓄汇水且未从溢洪道溢出。该类水库尚能蓄水不流失，暂时没有清淤的必要，以继续开展水位监测为主。

e.干涸水库基本维持现状，部分大库容水库再论证。境内超过半数水库已维持多年干涸状态，水下清淤不具备条件；且通往库区的道路条件也严重缺失，陆上开挖需新辟临时道路，作业条件差。另外，干涸水库以小库容居多，开挖后蓄水量增加有限。因此，对于小库容的干涸水库以维持现状为主，对涧沟水库、七一水库等较大库容水库建议开展来水监测，进一步论证清淤必要性。

根据上述原则，提出如下分阶段扩容规划。

2.1 第一阶段：清淤试点工程(五一水库)

五一水库总库容312万m3，淤积总量约200万m3，若实施水库清淤可释放较大的蓄水空间。该水库现被承包养殖，无持续供水需求，不涉及最基本的民生问题。因此，五一水库清淤可作为铜川市水库清淤的试点工程先行实施。

2.2 第二阶段：备用水源地清淤(福地水库、豹村水库、友谊水库)

福地水库总库容1050万m3，淤积总量约650万m3，是本次规划方案中唯一一座中型水库，目前水库功能以旅游为主，无持续供水需求。清淤后将逐步恢复水库饮水、灌溉功能，缓解当地供水压力，并为后续西河水库清淤提供备用水源地。

豹村水库和友谊水库均位于耀州区，总库容分别为138.06万m3和94.7万m3，淤积总量分别约70.4万m3和45万m3。清淤后将逐步恢复水库饮水、灌溉功能，并通过统筹耀州区内其余水资源，为后续高尔塬水库清淤提供备用水源。

2.3 第三阶段：饮用水源地清淤(西河水库、高尔塬水库)

西河水库是宜君县1.4万人用水的唯一水源地，总库容785.2万m3，目前淤积总量约210万m3，蓄水量仅90万m3，且溢洪道频繁溢出。根据2017年铜川市水资源公报，西河水库的水质类别为Ⅲ类，营养化状况评价为中营养，未达到饮用水源地标准。

它发表于1899年，以发现者乔治亚历山大·皮克的名字命名而得名.主要解决格点多边形的面积问题：若S为多边形面积，L是边界上的格点数，N是内部格点数，则有

高尔塬水库承担着耀州区小丘镇5.6万人用水任务，现正在进行大坝加高和取水口移位施工，完工后水库总库容将达到701.5万m3。目前淤积总量约250万m3，蓄水量约为45.2万m3，且溢洪道频繁溢出，水质尚可。

因此，无论从扩大库容还是改善水质方面，上述饮用水源地均有清淤需求。考虑到饮用水供给水库涉及民生问题，必须待备用水源地落实后方可开展上述水库清淤，做到万无一失。

2.4 第四阶段：剩余水库择机实施清淤，提高居民生活质量

在实施第三阶段后确保居民基本用水需求的基础上，通过水位及汇水监测分析，针对剩余各水库具体情况择机开展清淤，进一步提高城乡居民生活质量。

2.5 暂不列入本次扩容规划的水库

计划报废的水库：李家河水库、洞子沟水库、楼子沟水库。

另作他用的水库：红星水库。

3 技术可行性研究

对于水库淤积物的清除，水上部分常采用陆上开挖工艺，水下部分则常采用通过水力管道输送的水下清淤。

3.1 陆上开挖工艺

陆上开挖即采用陆上机械挖泥，泥土装车外运至堆土区。该工艺需要干地施工，对于干涸水库采用陆上开挖是合适的。根据现场调研，大部分干涸水库道路条件差，需修建临时道路满足泥土装车出运要求。

3.2 水下清淤工艺

水下清淤即采用可拆卸的小型环保绞吸船陆运到场拼装后进入库区挖泥，泥土经排泥管线通过水力输送至堆土区，吹填尾水经沉淀处理后用抽水泵回抽至库区内。管线直接输送距离可达2～2.5km，超出排距可采用封闭式接力泵站进行接力，具有长距离水力输送能力。该方案清淤效率高，是沿海航道、内河湖库清除淤积物最常用的工艺。具体工艺流程见图1。

图1 水下清淤工艺流程

对于铜川市境内水库清淤的适应性，主要考虑道路条件、清淤深度、清淤土质、环保要求、底泥堆存条件等方面。

道路条件决定设备能否进场施工。铜川境内水库属典型的山区水库，道路条件相对较差，其中福地水库、高尔塬水库等道路条件较好，可采用拼装式清淤船，分拆经集装箱车运输后进场拼装；部分水库道路条件较差，可采用水下泵现场直接清淤。

清淤深度要求：清淤船最大挖深一般不超过15m，最大挖深可达30m。铜川境内水库淤积严重，现状蓄水水深基本不超过2m，现有清淤设备均可满足水库挖深要求。

水库淤积物主要来源于两岸冲沟和洪水搬运物，以黄土状粉质黏土为主，上层较松软，下层较密实。对于表层软土，可采用水下泵直接实施吸泥作业；对于下层硬土，可采用绞刀或高压冲水装置破土，土质适应性强。

常规的水下清淤施工是将底泥通过水力输送吹填至堆存区，尾水直接排放至下游河道。清淤底泥通过水力输送需消耗较大水量，一般体积浓度不超过20%，即清淤1m3底泥需消耗5m3水量。而铜川境内水库淤积普遍严重，水深基本不足2m，其中西河水库的蓄水量最大，也仅90万m3，可清淤量仅18万m3，不仅清淤量有限，且宝贵的水资源全部浪费。因此，为充分利用库内存水，考虑将吹填尾水收集并回抽库内循环利用，从而增加清淤量。另外，考虑在底泥堆存区增加防渗措施，尽可能减少水量损耗。

西河水库、高尔塬水库等均为饮用水源地，福地水库为旅游风景区，对水质均有要求，在疏浚设备的选择和施工工艺的设计方面需综合考虑，以满足环保疏浚的要求。采用水下泵直接吸泥或带环保罩壳的绞刀头进行绞吸作业，可有效控制底泥扩散，确保施工期水库水质不受影响。

同时，在清淤施工中，需进行仔细规划和控制，还可结合现场水面情况、水深条件、水流流速和流向、淤积物粒径、疏浚设备移动情况等，在取水口及其附近增设防淤帘等物理屏障防止悬浮疏浚物扩散影响取水水质(见图2)。

底泥堆放场地选取：铜川市地处关中平原向陕北黄土高原过渡地带，境内山峦纵横，沟谷发育，可充分利用下游河道及其两岸缓坡地和沟道设置底泥堆存区。以不影响行洪安全为前提，清淤土可采用水力输送直接排放至下游河道，洪水季节利用自然冲刷，将泥沙补充至下游。

下游河道承接淤积物的能力有限，对库容改善效果甚微。若采用分阶段清淤排放，大量泥沙放淤下游河道，可能会导致河道的堵塞而引起洪涝等次生灾害，需要重新论证河道堆淤后的行洪安全；河道泥沙大量的淤积，还将导致河道疏浚工作量的大幅增加，额外增加工作量。因此，不建议直接排泥至下游河道。

利用下游河道附近的山谷、沟道或低洼区域作为泥土的堆存区域，设置永久性拦沙围堰，进行清淤土的堆存，经自然干化后可作为农田、林业用地使用。或者利用下游河道两岸缓坡地或平地设置泥土堆存区，泥土经自然干化后堆存区可作为农田、林业用地使用。挡土围堰沿河布置，并可逐级加高，形成梯级挡土，逐步扩大纳泥库容，见图3。

图3 堆存区围堰断面示意图

水库清淤底泥堆存区基本布置在下游河道两岸平缓坡地及下游沟道内，距库区均需满足一定距离，以保证清淤不影响库区及大坝安全。底泥堆存区因涉及底泥堆载，对区内原地质有一定要求，应选择地质较为稳定、无潜在滑坡体的区域。鉴于目前拟选堆存区无地勘资料，在具体实施阶段应先行开展地质勘察，视地质稳定情况合理调整堆存范围及堆存高度，确保堆存区长期稳定，为后期场地复耕提供有利条件。

4 结 语

本文基于对铜川市全境水库的踏勘调研，进行整体规划，提出分段实施计划和科学可行的技术实施方案，对其他地区类似境况有一定的参考价值。后续实施阶段可开展详细的测量和地勘工作，根据地质情况，确定堆土区范围和堆土高度，确保堆存区长期稳定，为后期场地复耕提供有利条件。