張 旭

（鄭州市水利建筑勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

0 引言

水庫淤積會使得水庫功能、安全性和綜合效益持續(xù)下降，將減少水庫有效庫容，限制水庫正常調(diào)節(jié)功能和效益發(fā)揮。隨著淤泥向上游發(fā)展，水庫區(qū)上游土壤將受到影響，出現(xiàn)土地沼澤化、鹽堿化等問題，泥沙上附著的污染物，還會對水庫水質(zhì)、水體環(huán)境及生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響庫尾河道形態(tài)，甚至影響大壩安全性能，增加安全事故發(fā)生概率。在倡導(dǎo)綠色環(huán)保、節(jié)約水資源的背景下，加強(qiáng)水庫淤積分析及清淤擴(kuò)容是一項(xiàng)有利社會民生事業(yè)發(fā)展的重要舉措。

1 工程概述

常莊水庫是一座以防洪興利、城市應(yīng)急供水、生態(tài)防護(hù)、水源保護(hù)為主的中型水利工程樞紐，位于河南鄭州市西南賈魯河流域賈峪河上，賈峪河全長32.70 km，流域面積約89 km2，流域內(nèi)多為淺山丘陵區(qū)，地勢南高北低，沖溝比較發(fā)育，河槽下切較深，壩址以下地勢平坦。常莊水庫壩址位于鄭州市中原區(qū)蓮湖街道常莊村，始建于1959年，工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年，水庫控制流域面積為82 km2，設(shè)計(jì)總庫容1 708萬m3，水庫大壩實(shí)際高程為135.74 m，水庫下游為鄭州市區(qū)、京廣及隴海兩大鐵路干線、鄭洛高速公路、柿園水廠及部分重要工礦企業(yè)等，防洪位置十分重要，被核定為重點(diǎn)防洪水庫之一，按照大型水庫進(jìn)行管理。

2 常莊水庫淤積分析

結(jié)合常莊水庫實(shí)際情況，對水庫淤積成因進(jìn)行分析，認(rèn)為主要包含以下幾方面：

2.1 “7·20”特大暴雨洪水淤積影響

常莊水庫建成至今遭遇了多次較大洪水，尤其是“7·20”特大暴雨，超過建庫以來有水文記錄以來的最大值，水庫水位達(dá)到建庫以來的最高水位131.31 m，入庫最大洪峰流量905 m3/s，超過設(shè)計(jì)洪峰流量，甚至出現(xiàn)管涌險(xiǎn)情，造成洪水進(jìn)入水庫后呈現(xiàn)先沖后淤的情況，大量沖積物沉積在水庫，在大壩、輸水洞、溢洪道等部位淤積嚴(yán)重，是常莊水庫淤積重要原因?！?·20”特大暴雨的出現(xiàn)，使得賈魯河、雙泊河超歷史最高洪水位，市內(nèi)金水河、熊兒河、東風(fēng)渠等河流持續(xù)高水位運(yùn)行，部分河段發(fā)生洪水漫溢，且無法實(shí)現(xiàn)全面抽排，導(dǎo)致市區(qū)受影響嚴(yán)重，城區(qū)多條道路積水嚴(yán)重，地鐵停運(yùn)，部分地區(qū)鐵路、公路、電力、通信受到嚴(yán)重影響，對人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大損失。這也暴露出常莊水庫防洪排澇能力的不足，亟須進(jìn)行清淤擴(kuò)容，按照200 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固，加強(qiáng)水庫攔洪能力，保障下游防洪安全。

2.2 自然因素影響

常莊水庫水土流失嚴(yán)重，流域內(nèi)原植被稀少，林地以果園為主，蒿類、羊皮草等草皮零星分布在荒坡和河床內(nèi)，水土流失嚴(yán)重，流失方式主要為水力侵蝕和面蝕，流域內(nèi)溝壑綜合，地面破碎，庫區(qū)沿岸及溝道兩側(cè)經(jīng)常年流失侵蝕下切，間或出現(xiàn)散落、崩塌、滑坡等情況。尤其雨季后，導(dǎo)致大量泥沙進(jìn)入水庫，水庫庫底淤積，年年加重，經(jīng)實(shí)測，原設(shè)計(jì)死庫容約50萬m3，現(xiàn)留存庫容不多，嚴(yán)重威脅大壩安全，縮短水庫壽命。

2.3 人為因素影響

水庫上游及周邊地區(qū)有大量村莊，日常生活垃圾處理不當(dāng)，導(dǎo)致水庫周圍存在大量垃圾，一部分生活垃圾和建筑廢料進(jìn)入水庫，難以通過泄洪排除，還會導(dǎo)致水質(zhì)變差，水生動植物減少，進(jìn)一步加劇水庫淤積和水質(zhì)破壞。

2.4 工程設(shè)備影響

常莊水庫建于1959 年，當(dāng)時(shí)對河流泥沙特性及運(yùn)動規(guī)律研究不足，工程設(shè)計(jì)中對排沙設(shè)施考慮不足，使得庫泥難以排除；同時(shí)，該水庫降雨量時(shí)空分布不均勻，水資源不足，往往需要先滿足供水需求，缺少充足蓄清排渾水量條件，且每年第一場洪水往往庫容達(dá)到警戒水位才會泄洪，大量泥沙沉積在水庫內(nèi)無法排出，導(dǎo)致水庫淤積量逐年遞增。

3 常莊水庫清淤擴(kuò)容措施

3.1 清淤擴(kuò)容原則

常莊水庫清淤擴(kuò)容應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照200 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)開展作業(yè)，對水庫進(jìn)行清淤擴(kuò)容，確保達(dá)到設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)，恢復(fù)和提升興利庫容，改善水生態(tài)環(huán)境。此次清淤擴(kuò)容維持原有防洪任務(wù)不變，主要目的是恢復(fù)死庫容和興利調(diào)節(jié)庫容，按照除險(xiǎn)加固后批復(fù)的死水位和相關(guān)特征水庫，保障原有水庫特征水位運(yùn)行方式不變。水庫清淤擴(kuò)容還應(yīng)當(dāng)確保不新增土地征用和人口遷移，主要針對興利水位以下的區(qū)域進(jìn)行清淤擴(kuò)容，清理后的淤積物和擴(kuò)挖后的土方需就近堆放，采取適宜措施進(jìn)行處理。

3.2 清淤擴(kuò)容內(nèi)容

根據(jù)庫區(qū)周邊地形圖，結(jié)合中原區(qū)總體規(guī)劃及常莊水庫實(shí)際情況，因此，此次清淤擴(kuò)容區(qū)域在一級水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，以林地為主，在具體區(qū)域布置和施工階段，應(yīng)充分參考常莊水庫規(guī)劃藍(lán)線、“三區(qū)三線”要求，確定開挖高程范圍為132～140 m，規(guī)避重要建筑設(shè)施、面積較大房屋村舍、高程較高的臺地等，最終確定6個(gè)開挖區(qū)域。

在施工階段，基于水庫不同特征水位、防洪庫容需求、開挖高程及邊坡等要素，確定具體施工方案：

3.2.1 陸上開挖工藝

針對干涸區(qū)域淤積物的清理，通常采用陸上開挖工藝，如干涸水庫，借助陸上機(jī)械進(jìn)行挖泥，將泥土裝車后運(yùn)輸至堆土區(qū)，相關(guān)調(diào)研顯示，大部分干涸水庫道路條件差，需要根據(jù)實(shí)際情況修建臨時(shí)道路，以滿足泥土運(yùn)輸需求。

3.2.2 水下清淤工藝

針對死水位118.93 m 以下的區(qū)域，需要完成42 萬m3的庫容清淤工作，庫底高程目前為118.50 m，需要開挖1.50～3.50 m以達(dá)到設(shè)計(jì)要求；針對興利庫容（119.90～127.10 m），此項(xiàng)目施工需按照原有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，確定開挖深度為6～10 m，邊坡坡比≥1∶5。清淤方式為水力管道運(yùn)輸，將小型環(huán)保絞吸船運(yùn)輸至庫區(qū)后現(xiàn)場拼裝，將外出淤泥經(jīng)排泥管道水力運(yùn)輸至堆土區(qū)，將尾水沉淀處理后用抽水泵抽回至庫區(qū)，是一種高效清淤方法。具體工藝流程見圖1。

圖1 水下清淤工程流程圖

3.2.3 邊坡比及開挖深度控制

在防洪庫容開挖施工中，施工范圍為127.10 m汛限水位至136～140 m地面高程，開挖深度為7.90～12.90 m，邊坡坡比需按照實(shí)際工況條件和庫區(qū)水位漲落規(guī)律設(shè)計(jì)施工方案：①汛限水位為127.10～130.50 m 時(shí)，在高程130.50 m 處設(shè)置3 m 寬的馬道，設(shè)計(jì)邊坡比≥1∶3。②高程為130.50～135.00 m，在高程135 m處設(shè)置3 寬的馬道，設(shè)計(jì)邊坡比為1∶1.5。③高程135 m以上區(qū)域，邊坡高度基本上在3 m左右，部分區(qū)域?yàn)?～5 m，屬于不浸水邊坡。庫岸地質(zhì)條件主要為黃土輕粉質(zhì)壤土，岸坡垂直度接近90°，為典型黃土區(qū)地貌。同時(shí)，此次開挖施工要求在減少占地和投資的基礎(chǔ)上，盡量增加安全有效庫容，遠(yuǎn)離水庫主要建筑，減少對周圍構(gòu)筑物及生態(tài)環(huán)境的破壞，在施工中，遵循“陡邊坡、寬平臺”原則，并嚴(yán)格按照《黃土區(qū)公路路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》邊坡施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。最終確定若開挖土層符合黃土地質(zhì)要求，邊坡比為1∶0.30，若開挖后土質(zhì)為人工填土、砂壤土等，則開挖邊坡比為1∶1.15～1∶2。

4 結(jié)語

綜上所述，為確保常莊水庫清淤擴(kuò)容工程順利開展，在工程開始前，需要詳細(xì)調(diào)查水庫實(shí)際情況，了解水庫淤積成因，結(jié)合清淤擴(kuò)容新要求及勘察情況開展施工，適當(dāng)調(diào)整施工方案，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。