淺析水庫(kù)生態(tài)清淤

何亞歌

（陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 三原 713800）

水庫(kù)是我國(guó)水利發(fā)展的重要工程,對(duì)攔蓄洪水、調(diào)節(jié)徑流、滯洪消峰、改變水資源時(shí)空分布不均,乃至水系連通、生態(tài)調(diào)節(jié)等具有非常重要的作用。陜西省水庫(kù)大多建于二十世紀(jì)六七十年代,大部分位于多沙粗沙區(qū),水土流失等造成水庫(kù)淤積嚴(yán)重,泥沙淤積侵占了水庫(kù)興利庫(kù)容、防洪調(diào)洪庫(kù)容,極大地降低水庫(kù)設(shè)計(jì)效益的發(fā)揮,也威脅到水庫(kù)自身安全和下游地區(qū)的防洪安全。很多水庫(kù)不具備加高大壩的條件,因此,盡快實(shí)施水庫(kù)清淤是解決泥沙淤積帶來(lái)的各種不利影響的根本出路。

1 工程概況

王瑤水庫(kù)位于陜西省安塞縣延河支流杏子河中游,控制流域面積820 km2,總庫(kù)容2.03億m3,是一座以防洪為主,兼有灌溉、供水、發(fā)電等綜合作用的大（2）型水庫(kù)。水庫(kù)下游65 km為延安市區(qū),地理位置非常重要。王瑤水庫(kù)承擔(dān)著延安市防洪任務(wù)和供水任務(wù)。

王瑤水庫(kù)于1970 年開(kāi)工建設(shè),1972 年竣工。建設(shè)之初,設(shè)計(jì)為“悶葫蘆”形式,沒(méi)有泄洪設(shè)施。泄洪洞于1974 年9 月動(dòng)工,1979 年底竣工,1980年投入運(yùn)行。1991 年12 月第一次進(jìn)行除險(xiǎn)加固,主要建設(shè)內(nèi)容為：壩體加固、泄洪洞進(jìn)口清障消坡、輸水洞進(jìn)水塔加高等。1997 年增加了延安市供水1510.4 萬(wàn)m3的任務(wù)。2006 年完成第二次除險(xiǎn)加固,主要建設(shè)內(nèi)容為：增建泄洪洞、加固處理原泄洪洞進(jìn)行、更新改造金屬結(jié)構(gòu)、對(duì)大壩裂縫進(jìn)行灌漿處理等。

2 清淤方案

王瑤水庫(kù)位于延河一級(jí)支流杏子河,地處黃土高原丘陵溝壑區(qū)。由于杏子河來(lái)沙量大,造成王瑤水庫(kù)淤積非常嚴(yán)重。2001年實(shí)測(cè)水庫(kù)泥沙淤積量為1.14 億m3。2021 年6 月,經(jīng)陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院對(duì)水庫(kù)庫(kù)區(qū)地形實(shí)測(cè),壩前淤積高程高達(dá)1176.70 m,相比建庫(kù)初期壩前高程1135.70 m,最大落淤厚度達(dá)40.9 m,庫(kù)區(qū)淤積總量1.42 億m3,占總庫(kù)容的70%；死庫(kù)容已全部淤完,校核洪水位以下剩余庫(kù)容6830萬(wàn)m3,淤積嚴(yán)重侵占了水庫(kù)的興利庫(kù)容、調(diào)洪庫(kù)容和防洪庫(kù)容。經(jīng)復(fù)核,按照目前方式蓄水運(yùn)行,2年后水庫(kù)自身防洪安全將無(wú)法滿足要求[1]。其次,王瑤水庫(kù)下游65 km是革命圣地延安、延長(zhǎng)油田、長(zhǎng)慶油田、蘭空軍用機(jī)場(chǎng)、包西鐵路、210 國(guó)道、正在建設(shè)的包西高速鐵路,以及6.5萬(wàn)畝農(nóng)田和沿岸50 多萬(wàn)群眾,水庫(kù)一旦潰壩,將給下游帶來(lái)毀滅性災(zāi)難,造成難以估量的經(jīng)濟(jì)損失和政治影響。受庫(kù)區(qū)文物古跡秦直道等影響,水庫(kù)不具備加壩條件,因此,除增加泄洪建筑物增大泄洪規(guī)模外,清淤成了王瑤水庫(kù)解決防洪、供水等一系列問(wèn)題的唯一途徑。

水庫(kù)清淤通常采用泄空排沙、人工機(jī)械清淤兩種方式。泄空排沙需要大量的水,不符合王瑤水庫(kù)嚴(yán)重缺水的實(shí)際。唯一可行的是人工機(jī)械清淤。經(jīng)陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院研究,最終確定采用機(jī)械方式。具體方案為：為避免已清淤部位重新落淤,清淤方案采用平層清淤,先進(jìn)行庫(kù)首淤泥清理,由庫(kù)首至庫(kù)尾方向采用分區(qū)清淤。水上清淤區(qū)采用1.6 m3反鏟履帶式挖掘機(jī)挖運(yùn)至岸邊道路后,由20 t自卸汽車運(yùn)至庫(kù)區(qū)支溝內(nèi)的馬家溝、安渠、畔溝堆泥庫(kù)及大壩下游的陳則溝堆泥庫(kù)。水下清淤區(qū)選用5 艘生產(chǎn)能力為800 m3/h的環(huán)保型絞吸式挖泥船,最大排距為3 km,每3 km設(shè)一臺(tái)接力泵站。清淤工程共布設(shè)杏子河馬家溝、安渠、岔路川畔溝及大壩下游杏子河陳則溝4 個(gè)堆泥庫(kù),杏子河下李家溝、岔路川白莊溝、江砭3 個(gè)堆泥場(chǎng)[1]。安渠堆場(chǎng)排泥管線共設(shè)接力泵站5 座,馬家溝堆場(chǎng)排泥管線共設(shè)接力泵站5 座,畔溝堆場(chǎng)排泥管線共設(shè)接力泵站4 座,陳則溝堆場(chǎng)排泥管線共設(shè)接力泵站3座。設(shè)計(jì)共清淤1650 萬(wàn)m3,清淤直接投資7.59億元[1]。

3 陜西省水庫(kù)淤積概況

據(jù)2003 年調(diào)查,全省水庫(kù)因泥沙淤積共淤損庫(kù)容13.18億m3,其中淤損興利庫(kù)容達(dá)7.51 億m3之多,總庫(kù)容淤損率34.2%,大型水庫(kù)總庫(kù)容淤損率最大,中型水庫(kù)興利庫(kù)容淤損率次之。從地區(qū)分類來(lái)看,陜北地區(qū)水庫(kù)的平均淤損率為43.9%,興利庫(kù)容的平均淤損率高達(dá)49.46%；關(guān)中地區(qū)水庫(kù)的平均淤損率為25.04%,興利庫(kù)容的平均淤損率為24.37%；陜南地區(qū)水庫(kù)的平均淤損率為22.06%,興利庫(kù)容平均淤損率為17.94%[2]。

4 治理淤積的對(duì)策

4.1 淤積危害

4.1.1 加速水庫(kù)報(bào)廢

全省水庫(kù)平均以每年4100 多萬(wàn)m3的速度淤損,相當(dāng)于每3年多即淤掉一座石頭河水庫(kù)。1978 年～1998 年的20 年間,損失和報(bào)廢水庫(kù)達(dá)573 座,其中因水毀垮壩損失水庫(kù)135座、因泥沙淤積報(bào)廢水庫(kù)438 座（中型10 座,小型428座）,淤積報(bào)廢水庫(kù)占報(bào)廢水庫(kù)總數(shù)的76.4%,占全省水庫(kù)總數(shù)的34%。另?yè)?jù)統(tǒng)計(jì),1992年～2002年全省共報(bào)廢水庫(kù)222座,其中陜北地區(qū)因泥沙淤積報(bào)廢179座,占報(bào)廢水庫(kù)總數(shù)的80.6%[2]。

4.1.2 降低水庫(kù)防洪能力

水庫(kù)淤積使水庫(kù)防洪能力大大降低,極易造成垮壩失事。由于淤積,王瑤水庫(kù)按目前方式運(yùn)行,2年后其防洪標(biāo)準(zhǔn)就不滿足規(guī)范要求[1]。據(jù)對(duì)無(wú)定河統(tǒng)計(jì),2003 年24 座中型水庫(kù)中,有14 座防洪標(biāo)準(zhǔn)不滿足要求,其中楊伏井、營(yíng)盤山、新橋等水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)不足10 年一遇；如遇較大洪水不但發(fā)生連鎖潰壩,危及下游地區(qū)的防洪安全,而且作為黃河粗沙區(qū)攔沙工程,水庫(kù)群40 年來(lái)攔截的50 億t泥沙將重新下泄入黃,大大加重三門峽和小浪底水庫(kù)以及黃河下游河道的淤積,使下游懸河日益加劇,嚴(yán)重危及黃河兩岸數(shù)千萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全[2]。

4.1.3 削弱水庫(kù)效益發(fā)揮

泥沙淤積侵占了水庫(kù)興利庫(kù)容,造成工農(nóng)業(yè)及生活用水供給能力逐年降低,直接影響了水庫(kù)設(shè)計(jì)效益的發(fā)揮。據(jù)測(cè)算,全省水庫(kù)由于泥沙淤積每年減少蓄水量約17 億m3。

4.1.4 占用壩址資源

新建水庫(kù)單方庫(kù)容投資不低于50 元,大比降山區(qū)甚至超過(guò)了100 元。據(jù)調(diào)查,新建1 座小型水庫(kù)投資平均超過(guò)1 億元。陜西省新建與淤積報(bào)廢同等規(guī)模的水庫(kù)需要投資400 億元～500億元。新建水庫(kù)需要合適的壩址資源。眾所周知,壩址資源涉及地質(zhì)、地形、水文、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等多種因素,具有不可再生性,并不是河流上的任何地方都可以修建大壩。據(jù)全國(guó)第一次水利普查塔基,陜西省名錄內(nèi)河流共1097 條,其中50 km2以上的1040 條,適合修建大壩的河流并不多。泥沙淤積不但加速了已建水庫(kù)的報(bào)廢,而且嚴(yán)重減少了適合建壩的資源,也就是說(shuō)陜西省適合修建大壩的地方幾乎沒(méi)有了。

4.1.5 對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響

一是庫(kù)區(qū)淤積改變了庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境,部分重金屬沉淀庫(kù)內(nèi),影響水生生物的生存。二是庫(kù)容被泥沙侵占,造成雨季洪水無(wú)法攔蓄白白流失,旱季因水庫(kù)無(wú)水調(diào)節(jié)造成下游河道斷流和生態(tài)環(huán)境惡化。

4.2 清淤方式分析

陜西省在二十世紀(jì)七八十年代開(kāi)展了大量的水庫(kù)排沙減淤試驗(yàn)研究工作。如在涇河流域開(kāi)展引洪淤灌、泥沙旁引等減少入庫(kù)泥沙,在陜北開(kāi)展水庫(kù)上游修建攔泥庫(kù)、淤地壩等減緩水庫(kù)淤積,在沋河水庫(kù)、王家崖水庫(kù)開(kāi)展了機(jī)械清淤（挖泥船清淤、氣力泵清淤）、小華山水庫(kù)開(kāi)展了虹吸排淤（水力吸泥）、黑松林水庫(kù)開(kāi)展了高渠拉沙（橫向沖蝕）等試驗(yàn)研究工作；在水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方面開(kāi)展了滯洪排沙、泄空沖刷、異重流排沙、基流沖刷等運(yùn)用方式的研究。這些研究均取得了顯著的成效,一度成為全國(guó)學(xué)習(xí)的典型。直到今天,機(jī)械清淤（挖泥船清淤、氣力泵清淤）和異重流排沙一直在黃河三門峽水庫(kù)、小浪底水庫(kù)、千河馮家山水庫(kù)應(yīng)用。

上述水庫(kù)清淤排沙方式,除挖泥船清淤外,均離不開(kāi)水,無(wú)水則無(wú)法實(shí)施。據(jù)試驗(yàn)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),排一方沙需耗水10 m3～20 m3。但黃河流域水資源十分短缺,人均水資源1127 m3,僅為全國(guó)平均值的一半,相當(dāng)于世界人均占有量的1/8。以陜西為例,在1995 年～1997 年特大干旱年間,80%的中小河流斷流,不但321 座小型水庫(kù)和1.65 萬(wàn)處池溏干枯,而且很多水庫(kù)被迫由蓄清排渾運(yùn)用改變?yōu)樾詈檫\(yùn)用。顯然,水資源的嚴(yán)重短缺制約了水庫(kù)通過(guò)水力排沙清淤。

唯一可行的就是在盡可能少損失水量的前提下,采用挖泥船、氣力泵等將泥沙抽出,堆置在水庫(kù)之外的區(qū)域,等泥沙脫水固結(jié)后再運(yùn)輸?shù)蕉涯鄨?chǎng)。王瑤水庫(kù)目前水下采用這種方式清淤,分別在大壩上游支溝設(shè)置3 個(gè)堆泥庫(kù)、下游設(shè)置1 個(gè)堆泥庫(kù)、3 個(gè)堆泥場(chǎng)。位于庫(kù)區(qū)的堆泥庫(kù)由于其防洪標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于水庫(kù)標(biāo)準(zhǔn),一旦發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水,堆泥庫(kù)內(nèi)的泥沙將可能下泄到庫(kù)區(qū),造成嚴(yán)重不良后果。下游堆泥場(chǎng)需要占用大量土地,雖然可以治溝造地,但由于堆場(chǎng)內(nèi)的泥沙需要較長(zhǎng)時(shí)間固結(jié),復(fù)耕的周期長(zhǎng)、土地利用效率低。

目前,南方發(fā)達(dá)地區(qū)普遍采用挖泥船清淤,經(jīng)人工脫水后,分離出重金屬等有害物質(zhì),將無(wú)害的泥沙加工成地磚、空心磚等建筑材料,或添加氮磷鉀等將其變成有機(jī)肥料,使泥沙資源化利用,既恢復(fù)了水庫(kù)庫(kù)容,又少占土地,還能將泥沙變廢為寶,減少常規(guī)建筑材料的使用,降低了常規(guī)建材更多加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放,實(shí)現(xiàn)生態(tài)清淤的效果。陜西省陜南和秦嶺北麓的水庫(kù)淤積物近半為砂石,可清理出來(lái)直接利用,泥沙可加工成有機(jī)肥、建材；渭河以北及陜北的水庫(kù),水庫(kù)淤積物多為淤泥,含砂量極低,只能加工成建材和有機(jī)肥。全省水庫(kù)淤積近14億m3,規(guī)模大,具備資源化利用的條件。

4.3 對(duì)策

4.3.1 開(kāi)展全省水庫(kù)淤積調(diào)查

在2003年水庫(kù)淤積調(diào)查的基礎(chǔ)上,結(jié)合水庫(kù)管理范圍與保護(hù)范圍劃定工作,在全省開(kāi)展水庫(kù)淤積調(diào)查。

1）開(kāi)展全省水庫(kù)淤積普查。開(kāi)展全省水庫(kù)淤積情況調(diào)查,查清全省水庫(kù)淤積量、淤積庫(kù)容占比（其中,淤積物占死庫(kù)容比例、占興利庫(kù)容比例、占調(diào)洪庫(kù)容比例、占防洪庫(kù)容比例）,淤積對(duì)水庫(kù)原有灌溉、供水、發(fā)電、防洪效益的影響,淤積對(duì)上下游生態(tài)的影響。

2）開(kāi)展典型案例調(diào)查。在陜北、關(guān)中、陜南分別選擇若干大中小型典型水庫(kù),進(jìn)一步詳細(xì)調(diào)查水庫(kù)淤積形態(tài)分布、淤積物的成分、水庫(kù)清淤工作開(kāi)展情況、淤積物資源化利用情況等。

在以上工作的基礎(chǔ)上,查清全省水庫(kù)淤積現(xiàn)狀、清淤工作情況、淤積物資源化利用情況,形成科學(xué)詳實(shí)的水庫(kù)淤積及生態(tài)清淤調(diào)查報(bào)告。

4.3.2 學(xué)習(xí)先進(jìn)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)

積極學(xué)習(xí)浙江、福建、江蘇、安徽等水庫(kù)生態(tài)清淤先進(jìn)技術(shù)、投資模式、淤積物資源化利用等工作,為全省水庫(kù)生態(tài)清淤工作的開(kāi)展獲取成功經(jīng)驗(yàn)。

4.3.3 編制水庫(kù)生態(tài)清淤規(guī)劃

結(jié)合全省水庫(kù)淤積調(diào)查和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí),編制《陜西省水庫(kù)生態(tài)清淤規(guī)劃》,提出全省水庫(kù)生態(tài)清淤實(shí)施計(jì)劃。

4.3.4 推進(jìn)水庫(kù)清淤政策研究

在廣泛調(diào)研和調(diào)查的基礎(chǔ)上,按照中央生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的總體要求和省委省政府的相關(guān)要求,研究制定水庫(kù)生態(tài)清淤的相關(guān)政策制度,明確水庫(kù)清淤的方式、范圍、淤積物的資源化利用、投入與產(chǎn)出、涉及清淤的生態(tài)保護(hù)等政策制度,使水庫(kù)生態(tài)清淤工作規(guī)范化、常態(tài)化、生態(tài)化、長(zhǎng)效化開(kāi)展。

4.3.5 制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

水庫(kù)清淤離不開(kāi)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持和管控。目前,全國(guó)尚無(wú)水庫(kù)清淤的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),各地在編制水庫(kù)清淤實(shí)施方案時(shí)因缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可循,導(dǎo)致實(shí)施方案內(nèi)容不全面、深度無(wú)法滿足目前國(guó)家生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的要求,純粹為采砂而清淤,在一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境,為社會(huì)各界所詬病。因此,急需制定《水庫(kù)清淤實(shí)施方案編制導(dǎo)則》,明確水庫(kù)清淤實(shí)施方案的目的、內(nèi)容、相關(guān)技術(shù)要求、相關(guān)生態(tài)保護(hù)要求等,從源頭規(guī)范水庫(kù)清淤實(shí)施工作。

其次,在全省水庫(kù)清淤工作開(kāi)展的過(guò)程中,結(jié)合陜西省水庫(kù)清淤工作和先進(jìn)地區(qū)經(jīng)驗(yàn),適時(shí)組織制定陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)《水庫(kù)清淤技術(shù)規(guī)范》,使陜西省水庫(kù)清淤工作不斷升華。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)生態(tài)清淤符合中央綠色發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的要求,也符合習(xí)近平總書(shū)記“長(zhǎng)江流域不搞大開(kāi)發(fā)、共抓大保護(hù)”“重在保護(hù)、要在治理”“緊緊抓住水沙關(guān)系這個(gè)牛鼻子”等黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重要講話精神、中央關(guān)于黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要等要求,充分利用科技技術(shù),將淤積物通過(guò)造田、制造建材、制造有機(jī)肥料等方式進(jìn)行資源化利用,延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,吸引社會(huì)資本投入,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,徹底解決水庫(kù)淤積問(wèn)題。