水庫清淤擴容的必要性、可行性及策略方法

張建國

寧夏固原市原州區(qū)水務局（756000）

0 前言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會各行各業(yè)對防洪安全保障和水資源需求與日俱增，固原市要發(fā)展水資源首先要解決瓶頸問題。水庫是遍布固原市山區(qū)的重要水利基礎設施，從20世紀50年代開始，為了解決固原市缺水問題，按照“蓄水如蓄糧，每人蓄水300方”的要求，掀起建庫修壩的熱潮，截至2013年共建有中小型水庫183座（全區(qū)318座），其中中型水庫16座，小一型水庫76座，小二型水庫91座，總集水面積9415km2，總庫容84759萬m3。這些水庫為“十年九旱”的固原市群眾生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水發(fā)揮了巨大作用。

這些水庫70%是建于20世紀50-60年代，均是不程度的“三邊”工程，標準普遍不高，加之水庫建成之初至20世紀80年代初，采用全蓄全攔的運行方式，本屬多泥砂地區(qū)的水庫庫容淤損十分嚴重，后期被迫改為蓄清排洪的運行方式，全部變?yōu)椴‰U水庫。從1998年我國陸續(xù)從中型水庫開始進行加固改造，在冊的183座水庫全部納入加固改造范圍之內(nèi)。

1 水庫清淤擴容的必要性

1.1 提高水庫的防洪能力

防洪是水庫的功能之一。隨著水庫的運行，淤泥會越來越多，嚴重影響到水庫的防洪功能。第一，淤泥的增多會使得水庫的整體庫容變小，導致水庫不能容下更多的水，有效庫容減少，一旦遇到暴雨就會使得水庫的水位上升，從而對水庫的安全造成一定的危險，形成洪水災害，對下游居民的生命財產(chǎn)構(gòu)成了嚴重的威脅。第二，由于大部分的淤泥含有有害物質(zhì)，所以對水庫的壩體會產(chǎn)生嚴重的腐蝕作用，使得水庫基礎和壩體變得特別脆弱，使水庫抵擋洪水的能力變?nèi)?，甚至容易產(chǎn)生事故。第三，水位隨著淤泥的增多會上升，上升的水位對河道或者溝道兩岸的土地有著嚴重的影響，進而使得兩岸土地的面積減少，兩岸居民的生活會受到嚴重的影響。所以，要對水庫進行定期的清淤，才能增大水庫的有效容積，降低水位，提高水庫的防洪的能力。

1.2 合理高效利用水資源的需要

固原市改造后的水庫的病險問題已解決，防洪標準滿足要求。但由于大部分水庫淤積嚴重，淤泥擠占了大量蓄水庫容，水庫庫容減小，而水庫庫面大、蒸發(fā)損失嚴重。固原市本是水資源緊缺地區(qū)，通過清淤擴容可減小蓄水水面面積，減少蒸發(fā)損失，增大水庫蓄水深度，增加蓄水容積，增加調(diào)節(jié)庫容，有利于充分屯蓄水庫壩址以上徑流量，為利用區(qū)域內(nèi)水資源創(chuàng)造條件，為周邊工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多水量。

1.3 改善生態(tài)及人居環(huán)境的需要

固原市各水庫庫區(qū)由于多年淤積，加之前些年受壩址以上河道非法排放工業(yè)廢水、傾倒垃圾、開挖魚塘及庫區(qū)內(nèi)非科學植樹等人為影響，水庫庫區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境惡化，水體污染，已經(jīng)嚴重影響了當?shù)鼐用竦纳硇慕】怠榱烁纳聘骱恿饔颦h(huán)境質(zhì)量，固原市委、市政府下大力氣對各河流域固原城區(qū)段重新規(guī)劃、綜合整治，徹底改善了河道周邊的生態(tài)環(huán)境。對各水庫清淤擴容，增加蓄水容積，可明顯改善區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和附近的生活環(huán)境，為水生態(tài)文明建設創(chuàng)造條件。

1.4 改善水庫水質(zhì)的需要

固原市大部分水庫由于壩址以上河道非法排放工業(yè)廢水、傾倒垃圾以及城市污水排放的人為影響，導致水庫庫區(qū)淤泥污染，淤泥質(zhì)多含腐殖質(zhì)、重金屬，導致庫水水體污染，周邊生態(tài)環(huán)境惡化。通過水庫清淤，可將污染淤泥挖除，消除庫水污染源，改善庫區(qū)水質(zhì)環(huán)境。

1.5 促進當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的需要

固原市原州區(qū)為最為缺水的地區(qū)之一，為了解決缺水問題，先后興建了固海擴灌揚黃東線工程、東山坡引水工程和寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全工程。固海擴灌揚黃東線工程年可從黃河調(diào)水4800萬m3，東山坡引水工程年可從涇河流域調(diào)水600萬m3，寧夏中南部城鄉(xiāng)飲水安全工程年可從涇河流域調(diào)水3721萬m3。這些工程的興建大大緩解了固原市城鄉(xiāng)居民的缺水問題，但工農(nóng)業(yè)用水及生態(tài)灌溉用水缺水問題依然嚴重。尤其是固原市原州區(qū)的一些中型水庫，水庫控制流域面積大，水庫清淤以后，增加蓄水庫容，水庫除攔蓄徑流外，還攔蓄汛期部分洪水，采用蓄洪應用的方式，使當?shù)厮Y源利用率大幅提高，為當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展提供水量保障[1]。

1.6 轉(zhuǎn)化淤泥為能源

對水庫采取定期清理的原因是能夠?qū)⑺畮熘星謇沓鰜淼挠倌嘧兂山ㄖ昧匣蛘咿r(nóng)作物的肥料等，這樣不但能夠降低資源的成本，而且能夠得到有效的資源，從而有利于資源的可持續(xù)性發(fā)展。

2 水庫清淤擴容的可行性

2.1 流域自然條件的改善為水庫清淤擴容創(chuàng)造了條件

近年來，各水庫上游大范圍實施了平田整地、封山禁牧及水土保持措施。流域內(nèi)15°以下坡面耕地全部改造為水平梯田，15°以上坡面及其他不宜耕種的坡面大力實施了水土保持林建設。封山禁牧工程的實施，使水庫上游流域內(nèi)植被覆蓋率大幅提高。水庫上游新建了一批水土保持骨干壩及淤地壩工程，還新建了一批小型水庫。水庫淤積主要是在20世紀早期形成，流域植被及下墊面的改變使壩址以上流域水土流失量大幅減少，同時水土保持治溝骨干工程及水庫工程的建設滯留了上游泥沙，水庫現(xiàn)狀來沙量大量減少，清淤以后可使水庫長久保持蓄水庫容，保障水庫長期運行。所以，水庫除險加固工程已經(jīng)基本完成，水庫壩體的防洪標準已經(jīng)達到國家規(guī)范標準，為實施水庫清淤工程打下了堅實的基礎。

2.2 水庫清淤擴容具有獨特優(yōu)勢

水庫清淤增加水庫庫容，與新建水庫相比不占或極少占用耕地，社會協(xié)調(diào)問題少，清除的淤泥可以就近填埋溝道，通過水保綠化措施及溝道整理可以美化環(huán)境，一舉兩得。

2.3 政府給水庫清淤擴容提供政策支持

提升供水保障能力，水環(huán)境整治是本工程實施的重要保障和前提。固原市委、市政府高屋建瓴、縱攬全局，把各水庫清淤工程作為推動當?shù)亟?jīng)濟社會文化綜合發(fā)展、打開城鎮(zhèn)建設新局面的首要任務，也是實現(xiàn)和諧社會建設、改善人居環(huán)境的重要突破口。又好又快地建設該項工程，具有得天獨厚的優(yōu)勢條件。

3 水庫清淤擴容的策略

3.1 定期進行清淤的目的

定期對水庫進行清淤的目的是為了很好地保護水資源的質(zhì)量。由于水庫清淤情況較為復雜，花費的資金比較多，因此要按照水庫所處的水域特征來制定清淤的周期，在清淤的過程中一定要避免淤泥腐蝕水庫工程。

3.2 不定期地對水質(zhì)進行檢測

淤泥成分復雜，對水資源造成損害，影響日常灌溉使用。所以，清淤同水質(zhì)檢測都是保證水資源質(zhì)量的重要措施。在日常水資源管理中，應當加強對水質(zhì)檢測的投入。

3.3 水庫清淤時要注意保護周邊環(huán)境

水庫淤泥有害物質(zhì)對周圍土壤危害較大，所以清淤時，要注意對周圍環(huán)境的保護，避免有害物質(zhì)流失，破壞周圍土壤環(huán)境。所以在清淤工作中，淤泥存放地點需要選取在空地，遠離村莊田地。

3.4 利用先進設備進行清淤

當前科技的發(fā)展為人們帶來了先進的生產(chǎn)設備，清淤設備也隨著時代的發(fā)展進行了革新。在清淤工作中，應當保證設備的先進性，提升工作質(zhì)量，在清淤的同時，避免對水庫造成損害，提升水庫管理質(zhì)量與效率。

3.5 對淤泥進行合理的處理

水庫清淤需要嚴格按照淤泥處理要求，對淤泥進行分類處理。在提升資源利用率的同時，避免淤泥中的有害物質(zhì)給環(huán)境帶來二次污染。所以清淤后續(xù)工作需要對可利用資源進行回收，將有害物質(zhì)拉運到指定的地點，采用科學的技術進行處理。

4 水庫清淤擴容的方法

4.1 干清淤法進行清淤

干清淤法清淤是最不常用的辦法，因為其工程投入較多，不利于水庫資源保護。但是干清淤法清淤可以實現(xiàn)對清淤工作的有效把控，為淤泥清理提供便捷。在干清淤法清淤工作中，無法實現(xiàn)對外在因素的調(diào)控，在陰雨天無法進行工作，所以工作的開展具有隨機性，在清淤工作中，水庫不能正常運行。干清淤法清淤只適用于小型水庫，同時對水庫條件有一定要求[2]。

4.2 水力學方法進行清淤

利用水力對水庫淤泥進行處理是常見的清淤方法，是水庫建設的重要組成部分。水力學方法清淤具體體現(xiàn)在，用泄水底孔排沙、設沖沙孔沖沙和用異重流排沙等清淤。

水力學方法清淤不僅有效提升了資源利用率，減少了清淤的投入，還不影響水庫的正常工作，需要的投入成本較低。但是在清淤工作中，水力學方法清淤的缺點較為明顯，即工作限制性較強。所以在水力學方法清淤時間要在前期開展淤泥運輸裝置和堆料場預備工作。排水系統(tǒng)的建設需要在前期工作階段完成，同時由于清淤工作需要利用水力，水量影響清淤質(zhì)量，所以水量需求較大，水庫消耗較高。

4.3 橫向沖蝕排沙進行清淤

橫向沖蝕技術是利用水庫特點，依靠重力來實現(xiàn)清淤的特殊清淤工程。橫向沖蝕技術通過取水、運水等流程來對水資源進行調(diào)控，實現(xiàn)清淤工作。橫向沖蝕技術在建設工程中，需要取水設施、輸水設施、沖灘設施這三大基本設施作為輔助設施。其中，取水設施可以抬升水位，保證后續(xù)工作正常進行。輸水設施可以將水源運輸至工程需求部位，實現(xiàn)水資源調(diào)控。沖灘設施將水流根據(jù)工程計劃進行引導，提升施工質(zhì)量。這三項基本設施有效提升了橫向沖蝕技術的工作效率，是橫向沖蝕技術清淤工程中不可或缺的基礎設施，在使用過程中，具有工作效率高、投入成本低、資源利用率高等優(yōu)勢，使橫向沖蝕技術在排沙清淤中占據(jù)重要地位。橫向沖蝕技術適用于泥沙淤積清理工作量較大、資源問題較為嚴重的干旱、半干旱地區(qū)水庫。

4.4 虹吸式方式進行清淤

在清淤工作中需要構(gòu)建真空環(huán)境，可以通過排除管內(nèi)空氣，形成真空，開展虹吸式放水涵管工作。利用放水涵管是虹吸式清淤常見的工作形式。通過虹吸清淤裝置進行清淤，受水量、水庫、季節(jié)影響較少，可以常年使用。但是虹吸式清淤需水量大，對輸出流量及壩高有限制。