常庄水库淤积分析及清淤扩容措施

张 旭

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南 郑州 450000）

0 引言

水库淤积会使得水库功能、安全性和综合效益持续下降，将减少水库有效库容，限制水库正常调节功能和效益发挥。随着淤泥向上游发展，水库区上游土壤将受到影响，出现土地沼泽化、盐碱化等问题，泥沙上附着的污染物，还会对水库水质、水体环境及生态环境造成破坏，影响库尾河道形态，甚至影响大坝安全性能，增加安全事故发生概率。在倡导绿色环保、节约水资源的背景下，加强水库淤积分析及清淤扩容是一项有利社会民生事业发展的重要举措。

1 工程概述

常庄水库是一座以防洪兴利、城市应急供水、生态防护、水源保护为主的中型水利工程枢纽，位于河南郑州市西南贾鲁河流域贾峪河上，贾峪河全长32.70 km，流域面积约89 km2，流域内多为浅山丘陵区，地势南高北低，冲沟比较发育，河槽下切较深，坝址以下地势平坦。常庄水库坝址位于郑州市中原区莲湖街道常庄村，始建于1959年，工程防洪标准为100年，水库控制流域面积为82 km2，设计总库容1 708万m3，水库大坝实际高程为135.74 m，水库下游为郑州市区、京广及陇海两大铁路干线、郑洛高速公路、柿园水厂及部分重要工矿企业等，防洪位置十分重要，被核定为重点防洪水库之一，按照大型水库进行管理。

2 常庄水库淤积分析

结合常庄水库实际情况，对水库淤积成因进行分析，认为主要包含以下几方面：

2.1 “7·20”特大暴雨洪水淤积影响

常庄水库建成至今遭遇了多次较大洪水，尤其是“7·20”特大暴雨，超过建库以来有水文记录以来的最大值，水库水位达到建库以来的最高水位131.31 m，入库最大洪峰流量905 m3/s，超过设计洪峰流量，甚至出现管涌险情，造成洪水进入水库后呈现先冲后淤的情况，大量冲积物沉积在水库，在大坝、输水洞、溢洪道等部位淤积严重，是常庄水库淤积重要原因。“7·20”特大暴雨的出现，使得贾鲁河、双泊河超历史最高洪水位，市内金水河、熊儿河、东风渠等河流持续高水位运行，部分河段发生洪水漫溢，且无法实现全面抽排，导致市区受影响严重，城区多条道路积水严重，地铁停运，部分地区铁路、公路、电力、通信受到严重影响，对人民群众生命财产安全造成重大损失。这也暴露出常庄水库防洪排涝能力的不足，亟须进行清淤扩容，按照200 年一遇防洪标准进行加固，加强水库拦洪能力，保障下游防洪安全。

2.2 自然因素影响

常庄水库水土流失严重，流域内原植被稀少，林地以果园为主，蒿类、羊皮草等草皮零星分布在荒坡和河床内，水土流失严重，流失方式主要为水力侵蚀和面蚀，流域内沟壑综合，地面破碎，库区沿岸及沟道两侧经常年流失侵蚀下切，间或出现散落、崩塌、滑坡等情况。尤其雨季后，导致大量泥沙进入水库，水库库底淤积，年年加重，经实测，原设计死库容约50万m3，现留存库容不多，严重威胁大坝安全，缩短水库寿命。

2.3 人为因素影响

水库上游及周边地区有大量村庄，日常生活垃圾处理不当，导致水库周围存在大量垃圾，一部分生活垃圾和建筑废料进入水库，难以通过泄洪排除，还会导致水质变差，水生动植物减少，进一步加剧水库淤积和水质破坏。

2.4 工程设备影响

常庄水库建于1959 年，当时对河流泥沙特性及运动规律研究不足，工程设计中对排沙设施考虑不足，使得库泥难以排除；同时，该水库降雨量时空分布不均匀，水资源不足，往往需要先满足供水需求，缺少充足蓄清排浑水量条件，且每年第一场洪水往往库容达到警戒水位才会泄洪，大量泥沙沉积在水库内无法排出，导致水库淤积量逐年递增。

3 常庄水库清淤扩容措施

3.1 清淤扩容原则

常庄水库清淤扩容应当严格按照200 年一遇防洪标准开展作业，对水库进行清淤扩容，确保达到设计防洪标准，恢复和提升兴利库容，改善水生态环境。此次清淤扩容维持原有防洪任务不变，主要目的是恢复死库容和兴利调节库容，按照除险加固后批复的死水位和相关特征水库，保障原有水库特征水位运行方式不变。水库清淤扩容还应当确保不新增土地征用和人口迁移，主要针对兴利水位以下的区域进行清淤扩容，清理后的淤积物和扩挖后的土方需就近堆放，采取适宜措施进行处理。

3.2 清淤扩容内容

根据库区周边地形图，结合中原区总体规划及常庄水库实际情况，因此，此次清淤扩容区域在一级水源保护区内，以林地为主，在具体区域布置和施工阶段，应充分参考常庄水库规划蓝线、“三区三线”要求，确定开挖高程范围为132～140 m，规避重要建筑设施、面积较大房屋村舍、高程较高的台地等，最终确定6个开挖区域。

在施工阶段，基于水库不同特征水位、防洪库容需求、开挖高程及边坡等要素，确定具体施工方案：

3.2.1 陆上开挖工艺

针对干涸区域淤积物的清理，通常采用陆上开挖工艺，如干涸水库，借助陆上机械进行挖泥，将泥土装车后运输至堆土区，相关调研显示，大部分干涸水库道路条件差，需要根据实际情况修建临时道路，以满足泥土运输需求。

3.2.2 水下清淤工艺

针对死水位118.93 m 以下的区域，需要完成42 万m3的库容清淤工作，库底高程目前为118.50 m，需要开挖1.50～3.50 m以达到设计要求；针对兴利库容（119.90～127.10 m），此项目施工需按照原有设计标准进行施工，确定开挖深度为6～10 m，边坡坡比≥1∶5。清淤方式为水力管道运输，将小型环保绞吸船运输至库区后现场拼装，将外出淤泥经排泥管道水力运输至堆土区，将尾水沉淀处理后用抽水泵抽回至库区，是一种高效清淤方法。具体工艺流程见图1。

图1 水下清淤工程流程图

3.2.3 边坡比及开挖深度控制

在防洪库容开挖施工中，施工范围为127.10 m汛限水位至136～140 m地面高程，开挖深度为7.90～12.90 m，边坡坡比需按照实际工况条件和库区水位涨落规律设计施工方案：①汛限水位为127.10～130.50 m 时，在高程130.50 m 处设置3 m 宽的马道，设计边坡比≥1∶3。②高程为130.50～135.00 m，在高程135 m处设置3 宽的马道，设计边坡比为1∶1.5。③高程135 m以上区域，边坡高度基本上在3 m左右，部分区域为4～5 m，属于不浸水边坡。库岸地质条件主要为黄土轻粉质壤土，岸坡垂直度接近90°，为典型黄土区地貌。同时，此次开挖施工要求在减少占地和投资的基础上，尽量增加安全有效库容，远离水库主要建筑，减少对周围构筑物及生态环境的破坏，在施工中，遵循“陡边坡、宽平台”原则，并严格按照《黄土区公路路基设计与施工技术规范》边坡施工相关标准。最终确定若开挖土层符合黄土地质要求，边坡比为1∶0.30，若开挖后土质为人工填土、砂壤土等，则开挖边坡比为1∶1.15～1∶2。

4 结语

综上所述，为确保常庄水库清淤扩容工程顺利开展，在工程开始前，需要详细调查水库实际情况，了解水库淤积成因，结合清淤扩容新要求及勘察情况开展施工，适当调整施工方案，确保项目顺利实施。