顾光炉，张有锁

（中交天航港湾建设工程有限公司，300450，天津）

一、深水水库概述

永定河因上游流经黄土高原，河水含沙量大，素有“小黄河”之称。永定河流域目前正在运行的水库达20余座，总库容10余亿m3。近年，流域内的水库因河沙、工业固废、生活垃圾等原因淤积严重、水质逐步变差。同时，水库水深多在10～55 m之间，水深较深，尤以官厅水库最为典型，其控制的流域面积约为4.3万km2，占永定河流域总面积4.7万km2的92.8%，随着官厅水库上游水利工程以及水土保持设施持续建成，从20世纪50年代至2000年，入库水沙量呈逐步减少趋势。年均水沙量虽然大幅度减少，但大洪水的含沙量没有发生大的改变，最大含沙量仍可达400～500 kg/m3，高含沙大洪水可以携带大量泥沙推进至坝前。为有效解决水库淤积及水质问题，需对深水水库进行生态清淤。

官厅水库泥沙淤积问题日趋严重，特别是在妫水河口形成拦门沙坎，输水泄洪洞前形成冲刷漏斗，已经影响到水库效益的正常发挥和泄洪建筑物的安全。官厅水库对控制永定河洪水、保证首都防洪安全起着极重要的作用，同时官厅水库是北京市主要水源之一，对保证工农业生产、城市供水发挥着巨大效益。因此,为保证官厅水库长期正常运行，对水库泥沙进行综合整治势在必行。

二、生态清淤概述

生态清淤，又名环保清淤，就是利用综合评价清淤工程的地理环境、地质条件、水文特征、水体特征、污染物的种类、含量等因素，通过采取改善水体水质和水生态环境，清除表层污染严重的流泥和下部底泥等措施，保护库底原状底泥不被破坏，以利水生植物、水生生物种群的生态重建，同时确保余水达标排放，实现污染底泥的安全环保处置。施工中须尽量减少泥沙搅动，并采取防扩散、泄露措施，杜绝二次污染。

三、深水水库生态清淤施工装备

深水水库生态清淤对施工装备、人员、技术及生态环保要求较高。目前，国内较为成熟的施工设备主要有抓斗式挖泥船、铲斗式挖泥船、绞吸式挖泥船、劲马泵、DOP泵船等。

抓斗式挖泥船是利用操纵抓斗挖掘水库底部泥、砂、石的挖泥船，一般为非自航、单机、单斗、泥驳装运、拖轮拖驳抛卸。不同土质可选用不同型式的抓斗，挖深调节简便，适应性强，最大挖深在10～80 m之间。

铲斗式挖泥船是一种非自航的单斗式挖泥船，挖出的泥土卸入停靠在船旁的泥驳，满载后运至卸泥区卸泥。通常备有轻重不同类型的铲斗，以挖掘不同性质的土壤，还可以清理围垦，打捞沉船物和排除水下障碍。

绞吸式挖泥船是内河、湖泊、港口等疏浚工程常用的一种船舶。分为普通型绞吸挖泥船和环保型绞吸挖泥船。挖泥、运泥、卸泥工作过程可以一次连续完成。环保绞吸式挖泥船因运输方便、拆装容易、扰动范围小、装备清理绞吸彻底、清淤效率较高等优势，一直受到国内外河湖治理专家的认可。调研显示，目前国内除在江浙的2艘深水环保绞吸挖泥船最大挖深在16 m以上，其他72艘最大挖深均在16 m以内。国内某单位的一艘深水清淤船，最大挖深可达30 m，主要从事湖泊、河道、水库及港口的清淤工程。在国外，专为深水河湖疏浚研制的B4035深水环保清淤挖泥船，动力源为柴油机，最大挖深35 m，水下泵由变频驱动，绞刀桥架的长度可根据不同的挖深调整，分段式定位钢桩。另外还有DCSD450型深水绞吸挖泥船（三缆定位）和DCSD500型深水绞吸挖泥船（三缆定位），最大挖深都达到了45 m和50 m。

劲马泵是利用压缩空气为动力进行吸排。国外比较有代表性的是意大利劲马公司生产的劲马工程疏浚泵；国内比较有代表性的是江阴市水利机械施工工程有限公司生产的气动泵，抚仙湖深水清淤项目采用江阴水利SJS180型气动泵进行水下154 m疏浚作业，三峡水库坝前清淤试验采用江阴水利D600型气动泵进行水下115 m疏浚作业。

DOP泵船是一种功能强大的疏浚工具，能快速有效地进行泥浆运输，工作深度超过100 m，并能根据不同的工作环境匹配不同的绞刀头。目前，DOP泵船硬链接最大挖深30 m、软链接最大挖深100 m。

各种清淤设备的优缺点及单价对比见表1。

表1 各种清淤设备对比

综上，目前深水水库生态清淤装备尤以绞吸挖泥船最为合适。

四、深水水库生态清淤施工工艺

针对深水水库生态清淤施工工艺，以环保绞吸挖泥船为典型工艺进行探讨，总体工艺流程如图1。

图1 深水水库生态清淤的总体工艺流程图

1.详细勘察

永定河流域的水库多数建设于20世纪六七十年代，已运行数十年，因上游来沙淤积、工业固废及生活垃圾的排放，使得库底地质发生了较为明显的变化。因此，在施工前，应对水库的土质、水文、水质、地形等进行充分勘察，必要时还需进行数值模拟及物模实验，通过勘察才可对清淤施工区域进行分块分层清淤设计，为后续高效率实施清淤提供详实的基础资料。

2.垃圾预处理

在开始清淤施工之前，有必要组织自行驳船及人工清理施工区，清除块石、渔网、渔栅栏、木栅栏、铁丝网、沉没的木船、木桩等，以保证清淤施工作业顺利进行。

3.铺设管线

①进入各纳泥区的陆地管线要沿现有的围埝、土堤铺设，如果遇到道路可建筑坡道或坡路下埋，以不碍道路畅通为原则。②在堆场中距泄水口最远处布设堆场排泥管口，以延长泥浆流程，创造较好的沉淀条件。③排泥口伸入纳泥区内一定距离，避免泥浆回流造成对围埝的冲刷。④水上管线尽量以水下潜管为主，一方面可减少因管道铺设带来的政策协调问题，另一方面不影响水库的正常运行。

4.船舶定位

当船舶被拖至施工区域后，定位和移位方式可采用三缆定位和定位桩定位。

5.施工作业

清淤施工作业时，一定要按照前期勘察的地形、土质，并结合图纸进行施工，施工班组和质检情况要做好每日记录，并在平面图上做好标记。

五、深水水库生态清淤注意事项及解决途径

1.清淤设备选择

目前，国内实施的生态清淤多数是浅水清淤，使用的设备多数为小型环保绞吸挖泥船，对于深水清淤的文献报道较少。因此，如何选用价格低、效率高、生产效能好的深水生态清淤装备是实施深水生态清淤的关键。应选择符合国家环境保护相关标准的施工设备，动力源尽量选择新能源；水下施工机具要选择环保设备，即尽可能减少对水体、底泥的扰动，防止污染物扩散。

2.做好成本测算

根据对目前国内相关项目的调研，要充分使用数模、物模等理论分析软件，结合水库勘察成果，实施一库一策一成本，确保施工成本测算完整、全面、精细，价格透明。

3.现场工作要求

永定河流域深水水库均为陆地内的水库，不具备内河航运功能，没有适宜通航的条件。因此，选择清淤装备时首先要充分考虑施工现场周边是否有适宜船舶组装的平整场地；第二，要考虑船舶是否可以拆装，且便于在狭窄山路运输；第三，陆地上应满足船舶用电的需求；第四，在施工区域做好船舶防突风的应急预案，选择合适的避风锚地。

4.施工作业要求

生态清淤是实施深水水库清淤项目的关键，在清淤作业中，应严格控制破坏环境行为的发生。施工设备的固液垃圾处理要实现资源化、无害化、全闭合的管理；施工作业时，施工区域要使用隔污帘，以保证底泥搅动的扩散控制在一定范围内；机具向底泥下部施工时，要注意原底质的情况，不可破坏原底质的生态平衡。

5.纳泥区选择

不同的施工工艺对纳泥区的选择要求不同，因此，在方案编制和限产踏勘时，对水库周边土地的考察要细致全面，要提前对地形进行测量，选择用地争议小、地形平坦、改造容易且道路运输便捷的地方作为纳泥区，保证实施的连续性、高效性。

6.余水处理

要对生态清淤施工产生的余水进行有效处理，满足或高于国家污水排放标准。

7.考虑季节影响

永定河流域地处北方，季节影响明显。尤其是进入冬季，流域气温均在-10℃及以下，河道及水库均结冰，对船舶作业时间及效率影响较大。因此，在工期排布上要充分考虑冬季低温影响作业的情况，以保证工作效率和生产效益的最大化。

六、结 语

针对永定河流域的水库特点，结合工程现场的实际情况，对深水水库生态清淤项目坚持一库一策的原则，优先选择一种或两种生态清淤的联合方案，不仅可以优化施工时间，节约建设成本，同时还可有效提高生产效率，保证施工质量。因此，单一的生态清淤方式已经不能满足目前深水水库项目的需求，水利建设工作者需多调研、多研究，进一步优化方案，细化措施，方可实现既定的建设及环保目标。■