五家渠市八一水库清淤工程方案探讨

邹 伟

（新疆五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

干旱和半干旱地区的水库容易受到泥沙淤积的影响，现代工业废水排放加剧了淤积状况，淤积严重的水库需要开展清淤工程，以恢复库容和生态环境。水库清淤的方式多种多样，选择合适的清淤方案有利于降低施工成本。清淤土的处置也是工程难点之一，本文以五家渠市八一水库为例，探讨分析了干旱地区水库的清淤方案。

1 水库概况

五家渠市八一水库位于天山北麓准噶尔盆地南缘山前冲积平原上，属新疆建设兵团第六师水利管理处管辖，水库位于102团团部（梧桐镇）东南1.5 km，南侧及西侧紧靠米东区羊毛工镇，东侧为甘莫公路，北靠102团团部。八一水库距乌鲁木齐市62 km，距五家渠市24 km。海拔高程在466 m～460 m之间。由于修建年代久远，加上泥沙和废水排入，水库淤积较为严重。

八一水库上游水源主要由三大部分组成，一是猛进水库调水；二是老龙河地表水，与猛进水库调水一起通过八一引水干渠入库；三是上游东、西阴沟。猛进水库的上游水源包括乌鲁木齐河和头屯河，在汛期暴雨洪水期有一定的泥沙入库，但近几年猛进水库向八一水库的调水明显减少，泥沙入库量少。老龙河的下泄水量主要是乌鲁木齐市和米东区的生活、工业废污水，水质很差，虽然泥沙较少，但悬浮颗粒、垃圾较多。东、西阴沟由黑沟河以及羊毛工镇农田中的阴沟组成。黑沟河由东山水系的白杨河和铁厂沟河在三道坝南侧汇流形成，主要水源包括冰雪融化的洪水、工业生活污水以及上游砂石料场的洗砂废水。东西阴沟是目前八一水库泥沙主要输入水源，泥沙主要包括汛期暴雨洪水携带泥沙以及生活污水杂质和工业废砂料。受污染物沉积和废水入库影响，现水库内水体中氨氮和总氮严重超标，水质为劣V类。每年3月水库泄水时，水体呈黑暗色，并伴有恶臭；到6月～8月，水库内水温升高，大量的水蚤和红线虫爆发，污染水质，悬浮颗粒输送至下游，容易堵塞农业灌溉用滴灌管，使102团农场职工深受其害。

八一引水干渠和东西阴沟两个主要水源进水口区域是八一水库主要淤积区，至2015年，水库淤积134.27万m3。两个进水口在八一水库库盘南侧的范围，经勘察该区内地层主要由低液限粉土、低液限粘土、含细粒土砂构成，淤积深度约1.5 m。因水库淤积，水质变差、水库蓄水可供水量减少，影响渔业生产和农业正常灌溉。清淤工程的实施，可以恢复水库库容，部分改善水质和提高灌溉保证率。

2 清淤工程方案

八一水库每年10月至来年2月，蓄水量在2000万m3左右，此时间段在保证2000万m3蓄水量后，水库不再蓄水；每年3月和9月为水库的主要蓄水期；4月下旬至8月是灌溉期，水库为102团农业灌溉放水，蓄水量减少，最小蓄水量为8月下旬的800万m3。库盘内清淤满足施工机械操作的清淤厚度一般不小于40 cm，满足施工条件的只有水位高程线461.0 m以南的库盘区，淤积量为95.36万m3。

2.1 清淤方案比选

目前，水库清淤主要有两类，一类是干水作业，一类是带水作业。干水作业需要排空作业区，带水作业主要由专业船舶完成[1]。两类方法均可以满足本工程清淤要求，但各有利弊，两方案对比如下：

方案一：将水库水面高程退至462.0 m，水库库容约907.63万m3，根据水库近5年水库逐月蓄水量曲线图分析，水库8月中旬水库蓄水量为862.6万m3，在库容范围内，可保证下游灌溉需水量。此时，水库水位已退回水位高程线462.0 m以北，可满足干清水库的施工条件。水库南端东西两个入水口高程线462 m以南的可清淤量为88.72万m3，占总淤积量的93%。施工安排上，从8月开始，将库盘清淤区晒干至11月上冻初期，采用挖掘机直接进入清淤区挖掘：按照10台1m3挖掘机挖掘，每台挖掘机配备5辆5 t卡车拉运，1台挖掘机每个台班挖方500 m3,1天2个台班1000 m3，10台挖掘机1天挖方1万m3，清除全部淤积质需有效工期3个月，估算总投资约2468万元。

方案二：在水库库容达到3000万m3时，采用具有自排功能的水上清淤设备。当水位高程达464.5 m时，淤积区域水深1.5 m～2.0 m，满足挖泥船的施工所需水域条件，该水位满足施工条件的淤积量为95.36万m3，即可100%清淤。施工中，可选用适合施工条件1900KW绞吸式挖泥船1艘，经水上清淤，再通过排泥管将淤积质排至南侧坝线附近，排距控制在1.5 km以内。该船舶设计产量500 m3/h，要完成所有清淤需有效工期8个月，估算总投资约3115万元。

通过以上方案比较，方案一优点是采用挖掘机挖掘，施工工艺简单、节省投资，且工期短、节省时间。缺点是只能完成93%的淤积量，施工场地要求高，水库腾库晾晒时间长，影响灌溉输水。方案二优点是可100%完成具备条件清淤量，工期安排在3月末至5月初，不影响农业灌溉，施工条件较好。缺点是采用挖泥船清淤，排泥管排泥，要求清淤区域水深不小于1.5 m，而水库每年高水位只有2个月，全部工期预计4年，施工工期长，清淤费用相对较高。

由于方案一施工工序简单，便于施工，并且较方案二减少大量投资，8月至11月施工，次年1月至3月可以将水库蓄满。因此本次清淤工程选取方案一，即腾库晾干清淤区后，采用挖掘机清淤。

2.2 清淤土堆填工程方案对比

由于工程清淤量大，清淤土虽然是一种潜在利用价值大的资源，但处置困难。目前，清淤土资源化技术主要有修复扰动土地、用于农业园林土地、充当填方材料、制作成建制材料、用于污水处理等[2]。针对本次工程清淤土的特性，提出以下四种方案进行比选。

方案一：修复受扰动的土地。受扰动的土地是指由于破坏而需要复垦的土地，例如地表严重破坏区、建筑取土废用的深坑、垃圾填埋场、各种采矿后残留的矿场、森林采伐场等。此类土地由于被严重扰动，已经失去土地应有的优良特性，直接种植植物很难成活。而清淤土中所含有的有机物，可以改良土壤特性，修复后土壤养分提高，提高了地表植物的成活率。

方案二：制作混合堆肥用于农业生产。含有有机质的清淤土自身含有腐殖质胶体，能够使土壤形成团粒结构，从而具有保持养分作用，同时具有化学肥料不含的有机质肥料，而这恰恰是植物、有机质等必需的营养成分。通过与农作物秸秆混合堆肥制作成有机肥料，用于农业生产中。

方案三：制作建制材料。可用水泥和石灰作为混合添加剂，通过电解作用破坏清淤土的结构，使清淤土中的细胞水和孔隙水得以释放，并对重金属等有害环境废物通过粘土矿物和沸石进行固化，制作成砖；利用清淤土作为水泥生料的配料，其矿物组成及水化产物与硅酸盐熟料相同，可以满足水泥产品性能的相关标准。

方案四：用于填方材料。清淤土可以通过干燥，脱水后可满足填方材料的要求。固化后的清淤土一般可应用于多类工程。清淤土经过固化处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、强度高的特点，所以它可作为筑堤材料，够满足防冲刷、防渗透和边坡稳定的要求。固化后的清淤土可用于低洼处、深坑等回填工程。

针对以上四种方案展开分析。方案一，由于八一水库附近没有扰动土地，距离最近的堆土区位于102团煤电公司南侧的荒地，距离15 km。本次清淤量88.72万m3，拉运量大，距离远增加成本较多。方案二，根据安徽师范大学针对八一水库疏浚底泥资源化利用小试研究中期成果：八一水库淤积土中有机质含量为 80g/kg（干基），氮磷钾(N+P2O5+K2O)含量为 2.38 g/kg(干基)、酸碱度pH为6.5，无法满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》（CJ/T309—2009）中表4的营养学标准。因此本次清淤土无法满足制作堆肥的要求。方案三，与八一水库地层类似的猛进水库清淤工程淤积土利用试验时，将淤积土制作成水泥复合材料用于道路水稳层和现浇渠道的浇筑，其每吨造价高于普通42.5水泥，且使用效果不理想。方案四，可以利用清淤土在水库南侧新堆填一道堤坝或加宽已有堤坝。

因此，从可行性、操作性和节省投资方面考虑，只有方案四满足本次工程要求。经现场踏勘，在八一水库附近选定两处清淤土堆放区域。区域一为水库南侧区域靠近鱼塘和耕地，利用清淤土新建一道坝堤。水库南侧鱼塘和耕地占地，原属102团地界，但因靠近米东区已被当地村民改造成鱼塘和耕地，随着水库淤积，水面线向北移，当地村民势必将鱼塘和耕地向北扩建，占用八一水库库区面积。在现状库区与鱼塘和耕地分界线处，利用清淤土新建一道坝堤，不但能解决清淤土处置问题，还能明确占地界限。区域二为水库东西两侧大坝下游。即将清淤土堆填至坝后，用于加宽大坝。本着方便拉运，节省投资的原则，分别将东侧和西侧的清淤土拉运至东西两侧，堆填于坝后，见图1。

图1 淤泥吹填堆放布置方案示意图

经计算，区域一可堆填土方8.54万m3，可新建坝堤1.56 km；区域二堆填土方67.34万m3，可铺盖坝线6.8 km，从而完全消化淤积堆填土。

3 结语

通过探讨五家渠市八一水库清淤工程的方案选择，认为干水作业比带水作业更有优势，不仅工期短，而且总投资在总投资约2468万元左右。相反带水作业需要租借专业挖泥船，工期长，投入费用达到3115万元。带水作业成本还未考虑含水率高的淤泥的脱水成本，而干水作业中的淤泥含水率较低，基本上不需要专业脱水装置。在淤泥处置方案中，虽然现有的技术可以实现淤泥回收利用，但本案中的淤泥营养成分含量低，而制成水泥复合材料的成本高，因此，本案淤泥主要用来加宽现有堤坝。本研究方案适合淤泥富集区高程较高的水库，清淤工程不影响下游用水，投入低，可行性高，经上报上级相关部门讨论后，获得较高认可度，将成为五家渠市八一水库清淤的基础方案。