肖翔罗思敏江尚辉赵川

(1.四川省水利科学研究院，四川 成都 610072；2.广安市生林建筑有限公司，四川 广安 638099)

1 研究背景

我国已建成的水库大部分的建设年代在20世纪70年代中后期，建成距今已50a以上。随着库区周边所在市县经济建设的进程，库内综合用水及其旅游开发、采砂等，使库区周边及其水下地形均起了较大变化。在20世纪80至90年代，有些水库长年开展多种经营活动，水库周边餐馆林立，水面养鱼网箱密布。由于没有配套的雨污分流设施，致使这些分布在库周边的餐饮业废物水直接入库，污染了库内水体；网箱养鱼投放饲料、药剂时，会产生粪便溶出沉积、分泌物溶出沉积、饵料溶出沉积，在给水体造成污染的同时，这些溶出沉积落淤库底，使水质逐年下降[1-3]。

由于入库污染的长期积累，湖库底部淤泥成分复杂，含有有机污染物、重金属以及营养物质，不仅影响湖库水质状况，还会对湖库周边环境造成不良影响，严重破坏生态环境。除此之外，水库淤积会产生一系列的问题：会导致库容损失、水库设计功能削弱，影响工程正常效益发挥；水库淤积的维护成本负担和危害不断加重，加速了工程报废；增加安全隐患，危及工程安全[4-6]。

2012年，水利部、国家发改委组织有关专家召开水库清淤座谈会，建议将水库清淤作为水库日常运行管理工作的一项重要内容。2015年12月，水利部大坝安全管理中心在调研的基础上，研究编制了《全国水库清淤专项规划前期研究报告》，提出应遵循“轻重缓急”原则，呼吁将水库清淤纳入财政专项补助。四川省水利厅积极申报，将“四川省水库淤积治理及水源保护试点”纳入了“省委全面深化改革领导小组2016年改革工作台账”。2018年6月中共中央国务院在《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》中强调“着力打好碧水保卫战”，要深入实施水污染防治行动计划，扎实推进河长制、湖长制，坚持污染减排和生态扩容两手发力，加快工业、农业、生活污染源和水生态系统整治，保障饮用水安全，消除城市黑臭水体，减少污染严重水体和不达标水体。

2 研究方法

2.1 水库现状及需求调研分析

充分调研四川省大中小型水库的淤积现状，收集并分析资料，选择试验区。收集试点水库的基本资料、历史资料，分析其污染源，并形成治理方案与对策。

2.1.1 网箱养鱼污染源

四川省水库自发展网箱养殖业至取缔网箱养殖，历经了多年的集约化规模养殖，养殖期间每年向水库投放鱼饲料，鱼粪和饲料直接进入水库水体。

鱼粪饲料排放量计算公式：

T=∑ki

(1)

式中，K=a×0.75+a×0.05=0.8a，i=1,2,...,T；a为每年投放鱼饲料总量；T为自发展网箱养殖至取缔网箱养殖总年份。

2.1.2 库区居民生产生活污染源

水库周边居民的生活垃圾、生活污水往水库排放，严重污染水库水源。

生活污水排放量计算公式：

Qs=Kq1V1/1000

(2)

式中，Qs为生活区污水排放量，t·d-1；q1为每人每天生活污水量定额；V1为生活区人数，人；K为污水排放系数，一般为0.6～0.9，北方取小值，南方取大值。

生活垃圾排放量计算公式，参照CJ/T 106-2016生活垃圾产生量计算及预测方案。

2.1.3 水库漂浮物污染源

引水渠道经过沿途城市、乡镇带来漂浮物，水库消落区农作物秸秆、景区内农家乐、游客、库区百姓和钓鱼人员带来的漂浮物等垃圾，给水库水质带来严重污染。

2.2 水库淤泥探测技术路线

本次库区测量建议采用GPS的RTK技术加超声测深仪技术测量；在库区测量基础上，以不同高程控制基准面为基础进行库区相应面积S和库容V的积分，从而得到当前的H-S-V曲线和相关库区水下地形图。可以采用单波束回声测深技术，测得库底地面高程，并将之与原库区地下地形进行叠加和对比分析，从而得出库底泥沙淤积分布状况。或者采用RTK加双波束或多波束回声测深技术，通过宽、窄波束不同的穿透能力和回声速度，在进行噪音消除和数据校正基础上，判读库底泥沙的淤积状况，从而确定库区水下地形[7-11]。

在测线布设时，要符合国家相关水利工程测量规范，并与当地沿库岸区布设的GPS控制站网相衔接，使测量结果不疏不密，科学合理。同时应该考虑水下地形的变化趋势，若地形变化相对比较平坦，则测线间距可以适当放宽，否则，需要加密测线。这有利于使测点均匀分布于整个测区，同时在测区水下地形变化复杂的地区加密测点，使测点深度能更好地反映水下地形的变化趋势。技术路线如图1所示。

图1 水库库底淤泥分布探测技术路线图

3 研究过程及成果分析

3.1 库底淤泥测量过程

本次拟定在四川省内江市河坝冲水库、石花水库开展库底淤泥分布的精准测量工作。河坝冲水库和石花水库皆属于小一型水库，水库面积均在0.2km2左右。根据前期初步测量成果，河坝冲水库坝前测量水深在4m左右，坝中10m左右；石花水库坝前测量水深6m左右，坝中9m左右，无水流影响，无水草干扰。综合考虑现场的交通便利性，无人船下水的便捷性、现场的信号好坏、水库的大小、水深等因素，结合可视范围受限的问题，将每个水库分为4～5次作业，测量过程如图2、图3所示。

图2 无人船在水中自主航行并测量

图3 船控软件与测深软件界面

测量时，人员在岸上要注意观察水面是否有障碍物，如果发现障碍物，即可将遥控器切换为手动模式，减缓船速，绕开障碍物。当船体离操作人员较远时，可通过船体上的摄像头进行实时监测，及时判断前方水域情况。

无人船会按照航线跑完测区，然后在航线终点停下来，可以通过船控软件，点击返航，船体就会自动返回Home点；如果未点击返航，船在5～10s接收不到任何指令后就会按照之前导入的Home点自动返航。返航之后即可找到合适的地点将船回收。航线规划方式采用绘制多边形后依据测线规划要求自动规划航线，优势在于能精确地定位整个水库测区范围，数据更为完善，断面间距更加精确。

3.2 库底淤泥测量结果分析

在完成上述测量工作后，将测量完的数据按照成果要求，进行采样。做中值滤波处理，将有些假的水深数据点过滤掉，进行采样。本次测区按照5m的间距进行采样，确保了数据的准确性，图4为水库水深点采样界面。

图4 水深点采样界面

对采样完的数据进行改正，主要有转换参数改正、延迟改正、水面高程改正、吃水改正以及声速改正5个方面，该水域水面相对平静，水下声速变化不大，所以只需要进行简单的水面高程改正以及吃水改正即可。最终得到的河坝冲水库和石花水库等深线成果图如图5和图6所示。

图5 河坝冲水库等深线图 图6 石花水库等深线图

4 结论

本文分析了我国当前水库的淤泥堆积现状，调查收集并分析资料，最后选择了四川省内江市河坝冲水库和石花水库作为试验区，开展库底淤泥分布的精准测量工作作为典型示范。本次库区测量采用GPS的RTK技术加超声测深仪技术测量，在分析传统水库库容及淤积量测量所存在问题的基础上，依靠GPS定位和回声测深技术，系统讲述了测量方案和测量过程，最终得到了河坝冲水库和石花水库的等深线图，以便于相关部门计算淤积量，从而为库区安全运行、经济运行提供科学依据，也为后期的清淤工作提供前期技术性支撑。