朔州市下米莊水庫清淤措施探討

韓卓雄，劉 勃

（永定河流域投資有限公司，北京 100091）

水庫清淤對維持水庫正常運營、保護水資源、提升水庫經濟效益等有重要意義， 但受制于技術設備欠缺、 淤泥堆放等條件， 一直是水利工程中一大難題。2022 年國家發展和改革委員會等批復的 《永定河綜合治理與生態修復總體方案（2022 年修編）》規劃從大同市墻框堡水庫引水， 通過口泉河向永定河生態補水， 在此基礎上永定河流域投資有限公司開展對口泉河進行生態治理，對下米莊水庫進行清淤。

1 工程概況

下米莊水庫位于下米莊村北， 地理位置東徑113°13′41″，北緯39°52′21″，屬于海河流域，位于永定河水系桑干河支流口泉河中下游。 水庫控制流域面積約314.1 km2，總庫容1144.8 萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產養殖的中型水庫。

水庫于1961 年建成完工，經過60 多年運行，存在淤積嚴重、生態景觀效果不滿足周邊需求等問題。2023 年由永定河流域投資有限公司委托相關單位進行測量，淤積量229.4 萬m3。

下米莊水庫現狀灌溉面積為2466.66 hm2，50%保證率時，灌溉需水量886 萬m3。根據《山西省朔州市懷仁市下米莊水庫續建配套工程與節水改造工程實施方案》，項目經節水改造后，預計灌區灌溉面積4733.33 hm2，50%保證率時， 灌溉蓄水量926 萬m3。目前水庫最大年供水量295 萬m3， 遠不能滿足灌溉需求。為提升水庫興利庫容，減少內源污染，永定河流域投資有限公司決定在朔州市口泉河河道綜合治理與生態修復工程一期的基礎上實施二期工程：下米莊水庫清淤擴容，打造水庫周邊生態廊道。

2 工程清淤方案

水庫運行60 多年來， 期間經過兩次除險加固，但從未進行水庫清淤。本次清淤充分考慮水庫管理、淤積現狀及淤積物組成，選擇滿足防洪、供水、養殖和旅游要求的綜合治理方案： ①全面分析水庫淤積型態、淤積物分布和組成等，制定清淤方案。②盡可能清除興利庫容范圍內的淤積質， 滿足養殖要求。③清淤過程中避免影響現有建筑物，保證大壩、溢洪道等樞紐工程安全運行。 ④結合國內平均先進水平清淤裝備，合理對水庫進行分區，結合施工試驗完善施工參數，降低投資成本。⑤考慮施工及場壩尾水回收，保證脫水水質達標排放。⑥合理安排清淤物堆放位置，充分考慮淤積物資源化利用。⑦充分考慮工程的經濟效益和資金來源。

2.1 清淤方式比較

2.1.1 水下清淤

利用適宜挖泥船對水庫庫底進行清淤， 主要特點是可不受水庫調度影響，且耗水量小、機動性強；但清淤能力不足，易在汛后再次返工，成本較高。

（1）絞吸式挖泥船。利用絞刀絞松庫底淤積物，在絞刀頭的旋轉運動下，形成固液兩相混合物，與水混合成泥漿，泥漿含水率達80%以上，經過吸泥管吸入泵體后，排至指定堆泥區。適用于風浪小、流速低的區域清淤。

（2）耙吸式挖泥船。配有耙頭挖掘部件和吸泥裝置。工作時，將耙吸管放至庫底，通過耙頭和吸泥管把泥漿吸進挖泥船的泥倉中，泥倉吸滿后，運輸至拋泥區，適用于敞開式、狹長的港口航道，開挖效率高。

（3）抓斗式挖泥船。在挖泥作業時，將鋼纜上的抓斗插入泥層來挖掘和抓取淤泥， 再通過船上起重機將抓斗提出水面，將淤泥卸入泥艙或泥駁中，如此反復操作。 抓斗式挖泥船一般用于航道、 海底挖泥工作，適用于淤泥、礫石、卵石的挖掘。部分抓斗式挖泥船不具備動力航行，需采取泥駁裝泥和卸泥的方式。

不同水下清淤方式優缺點對比如表1。

表1 不同水下清淤方式優缺點對比

綜合分析，根據地質勘探成果，水下清淤部分最大水深1.5 m，水下部分主要為淤泥質黏土，適宜絞吸式挖泥船清理壩前區域。

2.1.2 陸地清淤

陸地清淤需要創造干地清淤條件，庫區導流后，庫區中上游底泥全部暴露， 可采用挖掘機或水力沖挖進行施工。

（1）挖掘機清淤。通過庫區鋪設臨時道路、鋪墊鋼板及挖掘機倒運等工藝進行干地挖泥、 自卸汽車運輸淤泥。其優點是水量消耗小、可控性強、清淤徹底，清淤料可直接運走堆放，環境影響較?。蝗秉c是雨季對陸地清淤機械裝置影響較大， 難以估計淤泥深處的排泥和排水速度， 對工程工期產生較大的不確定因素。

（2）水力沖挖。通過高壓泵水流產生壓力，在庫底土體進行切割、粉碎，使其濕化、崩解，漿液通過排水溝匯流至集漿坑內， 再通過輸泥管道輸送至棄土場。其優點是機械化程度高，挖土效率高，可代替挖泥船在淺水區域進行清淤， 同時避免庫區臨時施工道路的鋪設；缺點是從水庫中抽水沖泥，形成一定范圍無水區域，造成淤泥黏粒小、沉淀慢、滲水性能差、脫水時間過長等問題。

2.1.3 淤泥脫水方案比較

（1）自然干燥法。利用太陽光能、空氣對流等對淤泥進行脫水、干燥，促使含水率下降，主要方法有自然暴曬、人工翻曬、底面脫水、挖掘塹壕等方式。其優點是施工工藝簡單，直接費用低，宜處理原狀淤泥量少、含水率低且無污染；缺點是自然狀態下淤泥脫水效率不高，干燥周期較長，如淤積物存在污染就可能對周邊環境造成較大影響， 施工周期受天氣狀況影響大且臨時占地時間較長，導致費用增加。

（2）板框壓濾脫水法（脫水固結一體化）。板框壓濾脫水法主要原理是通過添加特制泥水分離劑，改變庫底泥水結合方式， 再利用特制的脫水機高壓和濃縮泥漿，高效實現泥、水分離，加快淤泥脫水干化，可使淤泥含水率控制在35%～60%。本工藝可實現淤泥體積大幅減量，脫水效果好，場地占用小，脫水時間靈活，可根據需要對重金屬、微生物等有害物質進行鈍化、固結或消毒，缺點是脫水處理成本高。

（3）帶式脫水法。利用濾帶與輥軸之間的剪切力對淤泥進行擠壓搓揉， 將淤泥中的水分強行擠出的一種脫水工藝。該工藝能耗大、產量低，脫水效果不佳，一般只應用于污水處理廠的少量淤泥處理；不宜用于處理量大、施工周期短的水庫清淤工程。此外帶式機只能脫去淤泥中的表層水， 殘留含水率依然在60%以上。

（4）淤泥處理工藝比較。根據地質勘查成果，下米莊水庫底泥污染性較小， 淤泥經處理后可直接造地。 本次水下清淤絞吸式挖泥船清理淤泥含水量達90%以上，需要進行脫水處理，擬定采用自然晾曬結合板框壓濾脫水法。兩種工藝相互補充，提高脫水保證率，可在計劃工期內完成清淤任務。

2.1.4 清淤方式的確定

綜合以上比較，項目區位于北方內陸，水資源較為匱乏，水下清淤消耗水量較大。同時考慮到水庫的養殖功能，水下清淤對魚類的影響較大，考慮到項目清淤范圍為水庫一部分， 因此采用干地清淤較為適合。 清淤時采用導流明渠與圍堰相結合的方式保證清淤范圍不被淹沒， 使淤積物在水庫內排水晾干有了可能。同時，為合理利用項目資金，本項目清淤采用自然排水晾干方式。

根據分析比較，清淤方式選擇絞吸式挖泥船、挖掘機相結合方式，再通過自卸汽車運輸至棄土場。

2.2 堆場布置及處理

本次清淤總土方量為147.1 萬m3， 清淤量較大，需設專門棄土場。淤積物棄土場主要考慮以下因素：盡量選擇距項目地較近處，以合理控制項目投資；對棄土場地性質進行提前調查， 禁止占用基本農田，盡量少占耕地。結合以上原則， 經對庫區周邊調查， 選擇棄土場共6 處，均為低洼地。經對各棄土場現狀地形分析， 確定各棄土場棄土量如表2。

表2 各棄土場棄土量

3 施工組織設計

下米莊水庫設計總庫容1142 m3， 依據相關規范，導流建筑物級別按5 級考慮。在施工過程中應采用盆式開挖順序， 從中央到四周， 減少基坑暴露時間，防止側壁發生過大變形。

施工工藝流程：進場臨時道路修筑→淤泥槽挖排水→淤泥頂高程測量→開始清淤→清淤控水→挖機裝自卸汽車→運輸至回填區內→淤泥底高程測量。

宜采用逐段掘進方式， 從上往下分層分段依次進行，為便于下泄而制造一定坡度，遇到積水，隨時用污水泵排除。

4 生態措施

4.1 生態理念

項目選址在口泉河國家濕地公園， 結合永定河流域治理目標，將口泉河恢復成“流動的河、綠色的河、清潔的河、安全的河”，在水庫清淤的同時，進行生態修復，選擇抗鹽堿、抗旱的樹種，以粗獷式管理為主；配套部分劃分了功能分區，塑造不同的景觀節點；融入當地文化，建立科普教育場地，以下米莊水庫為基底，水庫兩岸打造綠色生態廊道。

4.2 淤泥利用

經檢測， 庫區淤積物中化學成分測試值低于農用地土壤污染風險篩選值，淤積物污染風險低，可作為耕地回填土使用，也可用作淤泥磚的原料，但不建議作為填筑料和混凝土骨細料。

4.3 其他

下米莊水庫清淤時最大水深1.8m， 清淤疏浚精度要求高，需在挖泥船上安裝多項檢測設備，使其能及時控制清淤疏浚的挖泥量及提高控挖精度， 滿足清淤深度要求，不對供水水質造成二次污染。另外，需合理安排臨時道路，減少對耕地和村莊影響。

5 結語

水庫清淤對于保障水資源的供應、保護環境、促進地區發展具有重要意義。 開展下米莊水庫清淤不僅可有效恢復水庫功能，還可產生較好的綜合效益，本文通過分析朔州市下米莊水庫的清淤方案， 可為類似水庫清淤工程提供工作思路和參考。