薩斯奎漢納河泥沙沉積處理措施

［美國］B.邁克爾

美國薩斯奎漢納河下游的科諾溫戈(Conowingo)大壩建成于1928年，從大壩建成之日起，其水庫中就開始形成泥沙沉積和營養(yǎng)化。薩斯奎漢納河是馬里蘭州注入切薩皮克(Chesapeake)灣的最大河流，切薩皮克灣47%的來水量、水中所含的41%的氮、25%的磷和27%的泥沙均來自于薩斯奎漢納河。

每年有將近300萬t的泥沙順流而下，有超過200萬t的泥沙被科諾溫戈大壩截留。鑒于水庫的堆沙容積已經達到86%，美國地質調查局預計，水庫剩余的庫容僅夠10～15 a使用。然而，水庫庫容耗盡對切薩皮克灣的(不良)影響可能已經顯現(xiàn)。

2012年8月，美國地質調查局發(fā)布的一項報告預測，較之1990年(切薩皮克灣的水質)，未來水中的氮負荷將增加2%，磷負荷將增加70%，泥沙沉積增加量可達到250% 。如果不能妥善解決，這些增加的泥沙和營養(yǎng)物負荷將對切薩皮克灣的水質、水草、以及牡蠣和魚類種群造成嚴重的影響。

這些(指標)預計的增長，將會給切薩皮克灣流域內的各州(區(qū))，即馬里蘭州、賓夕法尼亞州、弗吉尼亞州、西弗吉尼亞州、特拉華州、紐約州和哥倫比亞特區(qū)等，帶來巨大的挑戰(zhàn)。

1 熱帶風暴“李”

眾所周知，暴雨事件對于切薩皮克灣內來自各支流(不僅是薩斯奎漢納河)的營養(yǎng)物質和泥沙有著主要貢獻。馬里蘭州當?shù)氐乃|問題與薩斯奎漢納河的各項(污染)負荷沒有關系，需要當?shù)夭扇⌒袆蛹右怨芾恚詼p少泥沙和營養(yǎng)物質的形成。

2011年的熱帶風暴“李”將大約400萬t泥沙從科諾溫戈大壩上游沖刷而下，為大壩增加了足夠2 a使用的庫容。這是50 a以來對切薩皮克灣有影響的第二大洪水事件(過壩流量達22 031 m3/s)。1972年的艾格尼絲颶風是最大的單次洪水事件，流量達31 149 m3/s。

巨大的挾帶懸浮物的水流和隨之而來的由于水生植物被淹埋所造成的損失，加之由熱帶風暴“李”帶來的泥沙和營養(yǎng)物質對切薩皮克灣的強烈沖擊，突顯了為科諾溫戈大壩制訂一項綜合性泥沙管理政策的必要性。

2 流域評估

2011年9月23日，馬里蘭州環(huán)境與自然資源部、薩斯奎漢納河流域委員會(SRBC)以及“自然保護協(xié)會”，與美國陸軍工程兵團一起，展開了一項為時3 a、名為“薩斯奎漢納河下游流域評估”(LSRWA)的研究計劃。

這項耗資137.6萬美元的研究計劃，是以2002年6月的“薩斯奎漢納河流域委員會泥沙沉積問題工作組建議”為基礎，其工作范圍包括了被列入資助協(xié)議的主要團體前1.5 a的工作。設立“泥沙沉積問題工作組”的目的是為了解決如下問題。

(1)泥沙在薩斯奎漢納河下游壩后淤積所引發(fā)的擔憂;

(2)隨之而來的泥沙沉積和營養(yǎng)物質的增加;

(3)對切薩皮克灣的影響。

薩斯奎漢納河下游流域評估研究的經費，75%由聯(lián)邦資助，25%的經費則根據(jù)由美國陸軍工程兵團與馬里蘭州簽署的非聯(lián)邦的成本分攤協(xié)議提供。該研究區(qū)域中有3座壩，分別為:科諾溫戈大壩、霍爾特伍德大壩和安全港大壩。研究的目的是為了制定出行之有效的管理措施，以擴大上述3座大壩水庫中的1座(或幾座)水庫的庫容。目前按計劃，一份草擬的水庫泥沙管理措施清單于2013年夏天提交審核。

第1 a的主要研究工作是附加的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)整理和建模。2011年，有2次較大的河道洪水事件，流量超過了科諾溫戈大壩處的過流能力(估計值為11 327 m3/s)。第1次洪水是春汛，第2次是9月份的熱帶風暴“李”。

為了更好地描述峰值洪水的營養(yǎng)物和泥沙的成分，美國地質調查局在2011年2次大洪水事件中收集了額外的水質樣本。同時，還收集了沉積物取芯樣本、懸浮泥沙和水質樣本，以開展詳細的評估。這種分析評估對于模型的校準來說非常有必要。更為詳細的水深測量研究工作，在科諾溫戈大壩下游的薩斯奎漢納河道斷面中開展。

這些數(shù)據(jù)被用來建立和改進3個評估模型。

(1)用于模擬科諾溫戈湖上游河道斷面一維流動的HEC－RAS模型;

(2)用于評估科諾溫戈湖的二維泥沙輸運模型(AdH);

(3)切薩皮克灣水質三維模型。

目前，薩斯奎漢納河下游流域評估研究計劃的工作重心，在于對那些有前景的泥沙沉積管理措施開展評估，并制訂相應的費用概算。該項工作旨在通過廣泛的文獻搜索，找出針對流域及水庫具有潛力的泥沙沉積管理策略及措施。這些措施包括(但不限于):

(1)減少產生自流域內的泥沙量(在上游實施“最佳管理實踐”);

(2)減少泥沙沉積量，比如:在對切薩皮克灣水質、水生物及魚類棲息地和生物資源影響最小的情況下，允許泥沙從大壩通過;

(3)增加或恢復泥沙截留容積(拓展水庫);

(4)疏浚清淤，比如擴大水庫容積;

(5)創(chuàng)新性再利用，比如開發(fā)輕質骨料，修復土壤被侵蝕的島嶼;

(6)回土，比如利用沉積泥沙作為垃圾填埋場的覆蓋層，回填廢棄的礦區(qū)或作為農用地土壤。

預計泥沙管理措施草案及經費概算于2013年出臺。治沙工作耗資巨大，不可能僅憑某一個機構、聯(lián)邦、州或私人團體的一己之力來獨自推行這些政策的落實。

薩斯奎漢納河下游流域評估研究工作，不對任何泥沙管理政策的實施負責，但是可以通過各方利益相關者的協(xié)作，促成各項政策的制定，并有可能獲得政策撥款;同時，也不會要求某一個機構或私人團體單獨承擔解決泥沙問題的任務。但是，以下工作正在進行之中，即:應確保各方力量，包括薩斯奎漢納河下游的幾座水力發(fā)電廠在內組成的聯(lián)合體，明確其職責，以有效管理大壩上游的泥沙沉積和營養(yǎng)物。

3 解決許可證事宜

馬里蘭州環(huán)境與自然資源部已經決定，將解決科諾溫戈大壩的泥沙問題作為該水利設施許可證續(xù)期程序的主要事宜?，F(xiàn)在的聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)所授予的許可證，將于2014年9月1日失效。

在科諾溫戈大壩的許可證續(xù)期程序中，馬里蘭州環(huán)境與自然資源部的工作人員將與聯(lián)邦能源管理委員會、國家海洋和大氣局(NOAA)、美國魚類與野生動物協(xié)會、國家公園管理局、薩斯奎漢納河流域委員會、賓夕法尼亞州環(huán)境部、魚類與航務委員會以及以及自然保護協(xié)會緊密合作。

同時，在辦理許可證續(xù)期過程中，還有其他一些問題需要解決，比如魚類通道、流量管理、水質問題、(水流中的)漂浮物管理、魚類問題、珍稀瀕危物種、土地保護及修復等。雖然在這個極具挑戰(zhàn)性的許可證續(xù)期過程中，所有問題必須得以解決，但泥沙管理卻是其中最為重要的議題。不過，泥沙管理問題也將給予馬里蘭州獨一無二的機遇，以促成制定一個能夠解決長期存在的泥沙問題的方案。