鄒 偉

（新疆五家渠農(nóng)六師勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300）

干旱和半干旱地區(qū)的水庫容易受到泥沙淤積的影響，現(xiàn)代工業(yè)廢水排放加劇了淤積狀況，淤積嚴(yán)重的水庫需要開展清淤工程，以恢復(fù)庫容和生態(tài)環(huán)境。水庫清淤的方式多種多樣，選擇合適的清淤方案有利于降低施工成本。清淤土的處置也是工程難點之一，本文以五家渠市八一水庫為例，探討分析了干旱地區(qū)水庫的清淤方案。

1 水庫概況

五家渠市八一水庫位于天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前沖積平原上，屬新疆建設(shè)兵團(tuán)第六師水利管理處管轄，水庫位于102團(tuán)團(tuán)部（梧桐鎮(zhèn)）東南1.5 km，南側(cè)及西側(cè)緊靠米東區(qū)羊毛工鎮(zhèn)，東側(cè)為甘莫公路，北靠102團(tuán)團(tuán)部。八一水庫距烏魯木齊市62 km，距五家渠市24 km。海拔高程在466 m～460 m之間。由于修建年代久遠(yuǎn)，加上泥沙和廢水排入，水庫淤積較為嚴(yán)重。

八一水庫上游水源主要由三大部分組成，一是猛進(jìn)水庫調(diào)水；二是老龍河地表水，與猛進(jìn)水庫調(diào)水一起通過八一引水干渠入庫；三是上游東、西陰溝。猛進(jìn)水庫的上游水源包括烏魯木齊河和頭屯河，在汛期暴雨洪水期有一定的泥沙入庫，但近幾年猛進(jìn)水庫向八一水庫的調(diào)水明顯減少，泥沙入庫量少。老龍河的下泄水量主要是烏魯木齊市和米東區(qū)的生活、工業(yè)廢污水，水質(zhì)很差，雖然泥沙較少，但懸浮顆粒、垃圾較多。東、西陰溝由黑溝河以及羊毛工鎮(zhèn)農(nóng)田中的陰溝組成。黑溝河由東山水系的白楊河和鐵廠溝河在三道壩南側(cè)匯流形成，主要水源包括冰雪融化的洪水、工業(yè)生活污水以及上游砂石料場的洗砂廢水。東西陰溝是目前八一水庫泥沙主要輸入水源，泥沙主要包括汛期暴雨洪水?dāng)y帶泥沙以及生活污水雜質(zhì)和工業(yè)廢砂料。受污染物沉積和廢水入庫影響，現(xiàn)水庫內(nèi)水體中氨氮和總氮嚴(yán)重超標(biāo)，水質(zhì)為劣V類。每年3月水庫泄水時，水體呈黑暗色，并伴有惡臭；到6月～8月，水庫內(nèi)水溫升高，大量的水蚤和紅線蟲爆發(fā)，污染水質(zhì)，懸浮顆粒輸送至下游，容易堵塞農(nóng)業(yè)灌溉用滴灌管，使102團(tuán)農(nóng)場職工深受其害。

八一引水干渠和東西陰溝兩個主要水源進(jìn)水口區(qū)域是八一水庫主要淤積區(qū)，至2015年，水庫淤積134.27萬m3。兩個進(jìn)水口在八一水庫庫盤南側(cè)的范圍，經(jīng)勘察該區(qū)內(nèi)地層主要由低液限粉土、低液限粘土、含細(xì)粒土砂構(gòu)成，淤積深度約1.5 m。因水庫淤積，水質(zhì)變差、水庫蓄水可供水量減少，影響漁業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)正常灌溉。清淤工程的實施，可以恢復(fù)水庫庫容，部分改善水質(zhì)和提高灌溉保證率。

2 清淤工程方案

八一水庫每年10月至來年2月，蓄水量在2000萬m3左右，此時間段在保證2000萬m3蓄水量后，水庫不再蓄水；每年3月和9月為水庫的主要蓄水期；4月下旬至8月是灌溉期，水庫為102團(tuán)農(nóng)業(yè)灌溉放水，蓄水量減少，最小蓄水量為8月下旬的800萬m3。庫盤內(nèi)清淤滿足施工機械操作的清淤厚度一般不小于40 cm，滿足施工條件的只有水位高程線461.0 m以南的庫盤區(qū)，淤積量為95.36萬m3。

2.1 清淤方案比選

目前，水庫清淤主要有兩類，一類是干水作業(yè)，一類是帶水作業(yè)。干水作業(yè)需要排空作業(yè)區(qū)，帶水作業(yè)主要由專業(yè)船舶完成[1]。兩類方法均可以滿足本工程清淤要求，但各有利弊，兩方案對比如下：

方案一：將水庫水面高程退至462.0 m，水庫庫容約907.63萬m3，根據(jù)水庫近5年水庫逐月蓄水量曲線圖分析，水庫8月中旬水庫蓄水量為862.6萬m3，在庫容范圍內(nèi)，可保證下游灌溉需水量。此時，水庫水位已退回水位高程線462.0 m以北，可滿足干清水庫的施工條件。水庫南端東西兩個入水口高程線462 m以南的可清淤量為88.72萬m3，占總淤積量的93%。施工安排上，從8月開始，將庫盤清淤區(qū)曬干至11月上凍初期，采用挖掘機直接進(jìn)入清淤區(qū)挖掘：按照10臺1m3挖掘機挖掘，每臺挖掘機配備5輛5 t卡車?yán)\，1臺挖掘機每個臺班挖方500 m3,1天2個臺班1000 m3，10臺挖掘機1天挖方1萬m3，清除全部淤積質(zhì)需有效工期3個月，估算總投資約2468萬元。

方案二：在水庫庫容達(dá)到3000萬m3時，采用具有自排功能的水上清淤設(shè)備。當(dāng)水位高程達(dá)464.5 m時，淤積區(qū)域水深1.5 m～2.0 m，滿足挖泥船的施工所需水域條件，該水位滿足施工條件的淤積量為95.36萬m3，即可100%清淤。施工中，可選用適合施工條件1900KW絞吸式挖泥船1艘，經(jīng)水上清淤，再通過排泥管將淤積質(zhì)排至南側(cè)壩線附近，排距控制在1.5 km以內(nèi)。該船舶設(shè)計產(chǎn)量500 m3/h，要完成所有清淤需有效工期8個月，估算總投資約3115萬元。

通過以上方案比較，方案一優(yōu)點是采用挖掘機挖掘，施工工藝簡單、節(jié)省投資，且工期短、節(jié)省時間。缺點是只能完成93%的淤積量，施工場地要求高，水庫騰庫晾曬時間長，影響灌溉輸水。方案二優(yōu)點是可100%完成具備條件清淤量，工期安排在3月末至5月初，不影響農(nóng)業(yè)灌溉，施工條件較好。缺點是采用挖泥船清淤，排泥管排泥，要求清淤區(qū)域水深不小于1.5 m，而水庫每年高水位只有2個月，全部工期預(yù)計4年，施工工期長，清淤費用相對較高。

由于方案一施工工序簡單，便于施工，并且較方案二減少大量投資，8月至11月施工，次年1月至3月可以將水庫蓄滿。因此本次清淤工程選取方案一，即騰庫晾干清淤區(qū)后，采用挖掘機清淤。

2.2 清淤土堆填工程方案對比

由于工程清淤量大，清淤土雖然是一種潛在利用價值大的資源，但處置困難。目前，清淤土資源化技術(shù)主要有修復(fù)擾動土地、用于農(nóng)業(yè)園林土地、充當(dāng)填方材料、制作成建制材料、用于污水處理等[2]。針對本次工程清淤土的特性，提出以下四種方案進(jìn)行比選。

方案一：修復(fù)受擾動的土地。受擾動的土地是指由于破壞而需要復(fù)墾的土地，例如地表嚴(yán)重破壞區(qū)、建筑取土廢用的深坑、垃圾填埋場、各種采礦后殘留的礦場、森林采伐場等。此類土地由于被嚴(yán)重擾動，已經(jīng)失去土地應(yīng)有的優(yōu)良特性，直接種植植物很難成活。而清淤土中所含有的有機物，可以改良土壤特性，修復(fù)后土壤養(yǎng)分提高，提高了地表植物的成活率。

方案二：制作混合堆肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。含有有機質(zhì)的清淤土自身含有腐殖質(zhì)膠體，能夠使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而具有保持養(yǎng)分作用，同時具有化學(xué)肥料不含的有機質(zhì)肥料，而這恰恰是植物、有機質(zhì)等必需的營養(yǎng)成分。通過與農(nóng)作物秸稈混合堆肥制作成有機肥料，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

方案三：制作建制材料。可用水泥和石灰作為混合添加劑，通過電解作用破壞清淤土的結(jié)構(gòu)，使清淤土中的細(xì)胞水和孔隙水得以釋放，并對重金屬等有害環(huán)境廢物通過粘土礦物和沸石進(jìn)行固化，制作成磚；利用清淤土作為水泥生料的配料，其礦物組成及水化產(chǎn)物與硅酸鹽熟料相同，可以滿足水泥產(chǎn)品性能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

方案四：用于填方材料。清淤土可以通過干燥，脫水后可滿足填方材料的要求。固化后的清淤土一般可應(yīng)用于多類工程。清淤土經(jīng)過固化處理后可以用于道路路基和填方工程；由于固化后的清淤土具有透水性小、強度高的特點，所以它可作為筑堤材料，夠滿足防沖刷、防滲透和邊坡穩(wěn)定的要求。固化后的清淤土可用于低洼處、深坑等回填工程。

針對以上四種方案展開分析。方案一，由于八一水庫附近沒有擾動土地，距離最近的堆土區(qū)位于102團(tuán)煤電公司南側(cè)的荒地，距離15 km。本次清淤量88.72萬m3，拉運量大，距離遠(yuǎn)增加成本較多。方案二，根據(jù)安徽師范大學(xué)針對八一水庫疏浚底泥資源化利用小試研究中期成果：八一水庫淤積土中有機質(zhì)含量為 80g/kg（干基），氮磷鉀(N+P2O5+K2O)含量為 2.38 g/kg(干基)、酸堿度pH為6.5，無法滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T309—2009）中表4的營養(yǎng)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。因此本次清淤土無法滿足制作堆肥的要求。方案三，與八一水庫地層類似的猛進(jìn)水庫清淤工程淤積土利用試驗時，將淤積土制作成水泥復(fù)合材料用于道路水穩(wěn)層和現(xiàn)澆渠道的澆筑，其每噸造價高于普通42.5水泥，且使用效果不理想。方案四，可以利用清淤土在水庫南側(cè)新堆填一道堤壩或加寬已有堤壩。

因此，從可行性、操作性和節(jié)省投資方面考慮，只有方案四滿足本次工程要求。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，在八一水庫附近選定兩處清淤土堆放區(qū)域。區(qū)域一為水庫南側(cè)區(qū)域靠近魚塘和耕地，利用清淤土新建一道壩堤。水庫南側(cè)魚塘和耕地占地，原屬102團(tuán)地界，但因靠近米東區(qū)已被當(dāng)?shù)卮迕窀脑斐婶~塘和耕地，隨著水庫淤積，水面線向北移，當(dāng)?shù)卮迕駝荼貙Ⅳ~塘和耕地向北擴建，占用八一水庫庫區(qū)面積。在現(xiàn)狀庫區(qū)與魚塘和耕地分界線處，利用清淤土新建一道壩堤，不但能解決清淤土處置問題，還能明確占地界限。區(qū)域二為水庫東西兩側(cè)大壩下游。即將清淤土堆填至壩后，用于加寬大壩。本著方便拉運，節(jié)省投資的原則，分別將東側(cè)和西側(cè)的清淤土拉運至東西兩側(cè)，堆填于壩后，見圖1。

圖1 淤泥吹填堆放布置方案示意圖

經(jīng)計算，區(qū)域一可堆填土方8.54萬m3，可新建壩堤1.56 km；區(qū)域二堆填土方67.34萬m3，可鋪蓋壩線6.8 km，從而完全消化淤積堆填土。

3 結(jié)語

通過探討五家渠市八一水庫清淤工程的方案選擇，認(rèn)為干水作業(yè)比帶水作業(yè)更有優(yōu)勢，不僅工期短，而且總投資在總投資約2468萬元左右。相反帶水作業(yè)需要租借專業(yè)挖泥船，工期長，投入費用達(dá)到3115萬元。帶水作業(yè)成本還未考慮含水率高的淤泥的脫水成本，而干水作業(yè)中的淤泥含水率較低，基本上不需要專業(yè)脫水裝置。在淤泥處置方案中，雖然現(xiàn)有的技術(shù)可以實現(xiàn)淤泥回收利用，但本案中的淤泥營養(yǎng)成分含量低，而制成水泥復(fù)合材料的成本高，因此，本案淤泥主要用來加寬現(xiàn)有堤壩。本研究方案適合淤泥富集區(qū)高程較高的水庫，清淤工程不影響下游用水，投入低，可行性高，經(jīng)上報上級相關(guān)部門討論后，獲得較高認(rèn)可度，將成為五家渠市八一水庫清淤的基礎(chǔ)方案。