水庫(kù)清淤可行性分析

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我國(guó)是世界上水庫(kù)數(shù)量最多的國(guó)家，據(jù)2018年全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，我國(guó)已建的各類(lèi)水庫(kù)有98822座，總庫(kù)容為8953億m3。水庫(kù)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，但我國(guó)也是水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題最為嚴(yán)重的國(guó)家，淤積造成水庫(kù)庫(kù)容減小，嚴(yán)重影響著水庫(kù)功能和綜合效益的發(fā)揮。因此，積極開(kāi)展水庫(kù)清淤研究工作對(duì)充分發(fā)揮水庫(kù)功能，提升水庫(kù)綜合效益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 我國(guó)水庫(kù)泥沙淤積現(xiàn)狀及原因

目前，我國(guó)尚沒(méi)有系統(tǒng)的水庫(kù)泥沙淤積基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但相關(guān)研究顯示，我國(guó)水庫(kù)平均年淤積速率為2.3%，明顯高于美國(guó)的0.24%、日本的1.02%及世界平均水平的0.5%～1%。2012年，水利部組織對(duì)全國(guó)水庫(kù)泥沙淤積現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)山西、陜西、貴州、江西4個(gè)典型省份的水庫(kù)泥沙淤積情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研。結(jié)果顯示，山西省731座水庫(kù)的泥沙淤積率為34%；陜西省1019座水庫(kù)的泥沙淤積率為34%，且僅1978—1998年期間因淤積報(bào)廢的水庫(kù)就有438座；貴州省1971座水庫(kù)的泥沙淤積率為3%；江西省9793座水庫(kù)的泥沙淤積率為4.3%；山西、陜西兩省水庫(kù)普遍存在不同程度的淤積，總體淤積較嚴(yán)重，平均淤積率為34%；江西、貴州兩省約60%的水庫(kù)存在不同程度淤積，且淤積程度差異較大，部分水庫(kù)泥沙淤積極其嚴(yán)重，如江西塘背水庫(kù)庫(kù)容淤積率高達(dá)58.9%、貴州新橋水庫(kù)庫(kù)容淤積率高達(dá)80.0%[1]。

從我國(guó)4個(gè)典型省份的水庫(kù)泥沙淤積情況調(diào)查數(shù)據(jù)可知，我國(guó)水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題十分突出。北方含沙量高的黃河流域淤積問(wèn)題尤為嚴(yán)重，而南方含沙量較少的長(zhǎng)江、珠江等流域由于水量豐沛，導(dǎo)致輸沙總量高，淤積問(wèn)題也較為嚴(yán)重。泥沙淤積是水庫(kù)在設(shè)計(jì)、建設(shè)及后期運(yùn)行管理過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。導(dǎo)致水庫(kù)泥沙淤積的主要原因如下：

（1）水流挾沙能力降低。在河道上修建水庫(kù)改變了河流的水流條件，使水面比降和水流流速減小，造成水流挾沙能力降低，致使泥沙淤積。

（2）自然因素形成。部分地區(qū)由于特殊的地理、地質(zhì)條件，水土流失相對(duì)嚴(yán)重。例如，山西、陜西省部分地處黃土高原，土質(zhì)疏松、植被稀少，易引發(fā)水土流失，導(dǎo)致大量泥沙入庫(kù)；貴州省山丘區(qū)的石漠化問(wèn)題導(dǎo)致洪水挾帶大量泥沙入庫(kù)；江西省紅壤土面積較大、結(jié)構(gòu)松散，如遇強(qiáng)降雨易引發(fā)山洪、泥石流，導(dǎo)致泥沙入庫(kù)。

（3）人為因素影響。過(guò)去一段時(shí)期，庫(kù)區(qū)管理制度不健全，水土保持工作相對(duì)薄弱，非法采砂、采礦，亂砍濫伐等活動(dòng)破壞了庫(kù)區(qū)原有下墊面性質(zhì)，導(dǎo)致水土流失加劇，造成水庫(kù)淤積。

（4）工程設(shè)施不足。我國(guó)大部分水庫(kù)修建于20世紀(jì)80年代以前，由于缺乏長(zhǎng)系列泥沙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，且對(duì)河流泥沙缺乏系統(tǒng)的研究和認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致工程排沙設(shè)施設(shè)置不夠合理，入庫(kù)泥沙不易排出水庫(kù)，大量泥沙淤積在庫(kù)區(qū)。特別是部分小型水庫(kù)，工程設(shè)施簡(jiǎn)單，水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題突出。

（5）運(yùn)用條件受限。在我國(guó)西北高含沙地區(qū)，水資源短缺嚴(yán)重、供需矛盾突出，沒(méi)有蓄清排渾的水量條件，水庫(kù)為保障供水需在汛期攔洪蓄水，造成大部分泥沙淤積庫(kù)區(qū)。

2 水庫(kù)泥沙淤積產(chǎn)生的不利影響

（1）淤積導(dǎo)致庫(kù)容減少，影響水庫(kù)功能的正常發(fā)揮。水庫(kù)泥沙淤積侵占興利庫(kù)容，導(dǎo)致興利庫(kù)容減少，影響了水庫(kù)供水、灌溉、發(fā)電等興利功能的正常發(fā)揮；泥沙淤積侵占水庫(kù)防洪庫(kù)容，造成水庫(kù)防洪功能降低，影響了水庫(kù)周邊及下游的人民生命及財(cái)產(chǎn)安全；水庫(kù)變動(dòng)回水區(qū)淤積會(huì)抬高河床，降低水庫(kù)的航運(yùn)功能。例如，駐馬店市板橋水庫(kù)的死庫(kù)容已淤滿，興利庫(kù)容已淤積12.7%、防洪庫(kù)容已淤積6.60%，隨著水庫(kù)泥沙淤積的不斷發(fā)展，水庫(kù)的防洪、供水、灌溉、發(fā)電功能逐年降低，造成了嚴(yán)重的間接經(jīng)濟(jì)損失[2]。

（2）吸附在泥沙表面的污染物對(duì)水質(zhì)造成不利影響。有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬等污染物吸附在泥沙表面，隨泥沙富集在水庫(kù)底泥中，形成內(nèi)源污染，影響水庫(kù)水質(zhì)安全。例如，深圳市西麗水庫(kù)每年從庫(kù)區(qū)底泥中釋放的氨氮量為2692t，釋放的總磷量為771t，造成庫(kù)區(qū)水體二次污染[3]。

（3）壩前淤積影響水庫(kù)運(yùn)行安全。壩前淤積易造成輸水泄洪洞口處形成沖刷漏斗，很有可能淤堵泄洪洞洞口，影響水庫(kù)安全運(yùn)行；且泥沙進(jìn)入水電站，會(huì)加重對(duì)過(guò)水建筑物和水輪機(jī)葉片的磨損，降低其使用壽命。例如，延安市王瑤水庫(kù)壩前泄洪洞口處已形成深30多米的沖刷漏斗，一旦水庫(kù)開(kāi)閘放水極易堵塞洞口，影響水庫(kù)泄流，從而給水庫(kù)運(yùn)行帶來(lái)安全隱患[4]。

（4）淤積末端向上游延伸，造成上游地區(qū)的淹沒(méi)和浸沒(méi)，導(dǎo)致兩岸土地鹽堿化，帶來(lái)一系列環(huán)境問(wèn)題。如承德市廟宮水庫(kù)，隨著淤積末端向上游延伸，上游河床不斷抬高，使河床與兩岸地面持平，甚至形成地上懸河，導(dǎo)致地下水位上升，產(chǎn)生淹沒(méi)和浸沒(méi)危害，使周邊土地鹽漬化和沼澤化[5]。

（5）水庫(kù)泥沙淤積導(dǎo)致水庫(kù)下泄清水，引起下游河道發(fā)生沖刷和變形。例如，三門(mén)峽市三門(mén)峽水庫(kù)運(yùn)行初期淤積嚴(yán)重，水庫(kù)下泄水流過(guò)清，導(dǎo)致下游河道沖刷嚴(yán)重，河道兩岸灘地坍塌[6]。

3 水庫(kù)清淤的可行性

（1）水庫(kù)外源污染及入庫(kù)泥沙已逐步得到有效控制。近年來(lái)，隨著我國(guó)水生態(tài)文明建設(shè)工作的大力推進(jìn)，各流域陸續(xù)實(shí)施了水土保持工程、點(diǎn)源和面源污染防治工程、河流水生態(tài)綜合治理工程、入庫(kù)河流濕地治理工程等治理工程，水庫(kù)外源污染及入庫(kù)泥沙逐步得到有效控制，入庫(kù)水質(zhì)有明顯改善的趨勢(shì)，水庫(kù)內(nèi)源污染底泥治理將成為下一階段的工作重點(diǎn)。

（2）清淤裝備可滿足施工需求。我國(guó)河道、湖泊、水庫(kù)等清淤技術(shù)快速發(fā)展，裝備能力逐步提升。目前，國(guó)內(nèi)比較成熟的清淤裝備主要包括陸地挖掘機(jī)械、環(huán)保絞吸挖泥船、DOP泵挖泥船。小型水庫(kù)或有條件放空的水庫(kù)通常采用陸地挖掘機(jī)械進(jìn)行清淤，實(shí)施效率高。環(huán)保絞吸挖泥船的土質(zhì)適應(yīng)性較好，取料濃度大，定位精度較高，可有效減少污染物擴(kuò)散，工作水深在10m左右范圍內(nèi)，適用于對(duì)水環(huán)境要求高的水庫(kù)。DOP泵挖泥船擾動(dòng)低、泥漿濃度高，可實(shí)現(xiàn)100m范圍內(nèi)的疏浚作業(yè)，適合深水清淤工程。

（3）環(huán)保清淤技術(shù)日趨成熟。隨著清淤技術(shù)的迅速發(fā)展，環(huán)保清淤在設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境監(jiān)控等方面的技術(shù)日趨成熟，已形成從疏挖、輸送、脫水、余水處理到底泥資源化利用的全鏈條集合工程，為水庫(kù)泥沙淤積治理工程的開(kāi)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如，在污染底泥清淤過(guò)程中采用環(huán)保清淤裝備及環(huán)保清淤工藝，可減少底泥疏挖過(guò)程中的擴(kuò)散，降低對(duì)水體的二次污染；底泥輸送采用管道輸送串聯(lián)接力泵加壓技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)底泥的全封閉、遠(yuǎn)距離穩(wěn)定輸送。自然干化、真空預(yù)壓、土工管袋脫水、離心脫水、板框壓濾脫水等技術(shù)可有效降低泥漿含水率，減少土地占用且有利于后續(xù)資源化利用；余水經(jīng)物理、化學(xué)、生物等方法處理后，以不低于水庫(kù)現(xiàn)狀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)回庫(kù)，節(jié)約水資源；多樣的底泥資源化利用方式日益成熟，包括礦山修復(fù)、制備綠化土、生產(chǎn)建材、制備回填土等。

（4）國(guó)內(nèi)水體污染底泥清淤工程取得了良好效果。全國(guó)各地已實(shí)施了多處環(huán)保清淤工程，如武漢東湖、貴州阿哈水庫(kù)、深圳石巖水庫(kù)、福建山美水庫(kù)、天津于橋水庫(kù)等湖泊水庫(kù)底泥清淤工程，清淤后水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，水環(huán)境質(zhì)量得到提升，工程均取得了良好效果，為全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展水庫(kù)清淤工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備。

（5）具有社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。通過(guò)水庫(kù)清淤可恢復(fù)有效庫(kù)容，充分發(fā)揮水庫(kù)的調(diào)蓄和防洪減災(zāi)功能，延長(zhǎng)水庫(kù)使用年限，確保水庫(kù)安全運(yùn)行，保障公共安全及水資源的高效利用，可產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。通過(guò)水庫(kù)清淤恢復(fù)有效庫(kù)容，充分挖掘水庫(kù)蓄水能力，可保障水庫(kù)灌溉、供水、發(fā)電等綜合效益的發(fā)揮，還可減少新建水庫(kù)帶來(lái)的征地、移民、生態(tài)環(huán)境等諸多問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過(guò)水庫(kù)清淤還可降低內(nèi)源污染，提升水庫(kù)水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境；對(duì)清淤底泥進(jìn)行資源化利用，還可形成良性循環(huán)變廢為寶、化害為利，具有十分顯著的生態(tài)環(huán)境效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)大部分水庫(kù)已運(yùn)行數(shù)十年，由于未開(kāi)展過(guò)大規(guī)模的水庫(kù)清淤工程，很多水庫(kù)泥沙淤積十分嚴(yán)重，不僅影響著水庫(kù)功能的正常發(fā)揮，還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了一定的損害，甚至可導(dǎo)致水庫(kù)淤滿報(bào)廢，水庫(kù)泥沙淤積問(wèn)題已成為制約水庫(kù)功能和綜合效益發(fā)揮的突出短板。通過(guò)水庫(kù)清淤工程，可恢復(fù)因淤積而損失的水庫(kù)有效庫(kù)容，充分發(fā)揮水庫(kù)功能，提升水庫(kù)綜合效益，補(bǔ)足水庫(kù)工程突出短板，具有較高的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。