渭河流域典型水庫可持續利用技術淺析

劉鐵龍

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 前言

我國已建成的水庫有8.7萬多座，在防洪、灌溉、供水、發電、航運等方面發揮了巨大的作用，為社會經濟穩定的發展奠定了基礎。同時，我國也是世界上水庫淤積最為嚴重的國家，近30年來因泥沙淤積報廢的水庫已超過2000座，水庫泥沙淤積減少了水庫的調節庫容，降低了水庫調節水資源的能力，是當前水庫管理面臨的主要問題，已成為危及水庫可持續利用的主要原因，導致水庫的興利、防洪等能力銳減直至消失，一些淤廢水庫甚至存在發生垮壩等重大災害的威脅，許多水庫的淤積量均超過總庫容的一半以上，大大制約了水庫效能的發揮，有的甚至失去應有的作用。因此，高效合理地清除水庫淤積泥沙是非常必要的，也是一個重要的研究命題。

陜西省渭河流域屬于資源性缺水地區，水資源時空分布不均，全年70%的徑流量集中在汛期而難以利用。流域蓄水工程少，調蓄能力差，僅有馮家山水庫、石頭河水庫、羊毛灣水庫、黑河水庫4座大型水庫，流域26座大、中型水庫中，除馮家山、羊毛灣水庫為多年調節，其余水庫均為年調節水庫，蓄滯洪能力不足，洪水資源化利用率低。加之流域來水含沙量高，導致水庫淤積嚴重，削減了其供水能力，加劇了流域水資源供需矛盾。據測算，陜西省全省水庫年均總淤積量超過4000萬m3，目前渭河流域水庫已淤庫容占其總庫容的20%以上。有效減輕流域水庫淤積對發揮水庫效能、緩解流域水資源緊缺矛盾、促進水資源可持續利用至關重要而緊迫。為此，我們對陜西省渭河流域中小型水庫淤積現狀及可持續利用技術進行了調研分析，先后對王家崖水庫、黑松林水庫、沋河水庫、小華山水庫進行實地考察，搜集了部分水庫運行管理第一手資料，掌握了渭河流域典型水庫現有水力排沙、水庫機械清淤的泥沙處理方法，為更好地開展水庫的可持續利用技術研究提供科研基礎。

2 典型水庫(工程)可持續利用技術淺析

2.1 王家崖水庫

王家崖水庫位于渭河支流千河下游，1971年投入運用，以灌溉為主,兼有防洪、養殖功能，總庫容9420萬m3，是寶雞峽灌區渠庫結合工程之一。目前水庫庫容4506萬m3，淤損率近50%，平均每年減少庫容160 萬 m3。

（1）1978年～1984年，開展氣力泵清淤試驗研究。年清淤能力可達13萬t左右，排渾距離最遠達221m，排沙成本為0.85元/m3左右（按1994年物價核算）。氣力泵清淤可作為排水灌溉服務的水庫綜合排沙措施之一，也可適用于水庫底孔、放水洞口、水庫泵站壓力管口淤堵的處理，但其具有成本較高，且清淤量受到一定限制等缺點。

（2）1987年提出了“滯洪排沙、泄空沖刷、基流沖刷和橫向沖蝕相結合，為異重流排沙創造條件，以達到主槽沖淤平衡”的長期治理方案。1989年1月開展泄空沖刷試驗沖掉了放水洞周圍約1萬m3泥沙，1992年8月開展了異重流排沙試驗，平均出庫含沙量1236 kg/m3，35小時共排沙15.6萬t，排沙效果較好。泄空排沙既可以在汛期進行，也可以在非汛期進行，特別是若在汛期期間、洪水期之前或之后進行，沖沙效果更好。泄空沖沙比較適合小水庫，因為小水庫的大部分淤積泥沙靠近水壩或在較窄的溝道內，通過放空沖沙，可能在幾周內沖走大量泥沙。

（3）2013年開展水庫排沙減淤和生態清理探索研究。2013年初與福建省大尹投資有限公司合作，采用鏈斗式挖泥船在庫區距壩軸線4km以上至庫尾的馬道口村段開展挖沙試驗；2013年5月，與寶雞市澤成清淤有限公司合作，采用環保絞吸式挖泥船在庫區六川河支溝開展清淤試驗作業；在泥沙利用方面，福建大尹投資有限公司計劃建設淤泥燒結空心磚生產線2條，設計生產能力為日處理淤泥1600t，年產淤泥可燒結空心磚3億塊。這種用淤積物制造建材的疏浚清淤方法降低了疏浚成本，同時也回復了水庫庫容。

2.2 黑松林水庫

黑松林水庫位于渭河二級支流冶峪河上，1959年投入運用，以防洪為主兼顧灌溉功能，總庫容1430萬m3，水庫淤積問題十分突出，從1959年5月～1962年6月，水庫運用僅3年，庫內淤積泥沙達162萬m3，損失庫容19%。黑松林水庫可持續利用技術包括“蓄清排渾”、“高渠拉沙”和“引渾淤灌”三個環節：對入庫洪水挾帶泥沙，采取“蓄清排渾”進行調度，排沙出庫；對沉積在灘庫容內的泥沙，利用“高渠拉沙”予以清除；對排出水庫的泥沙，通過“引渾淤灌”充分利用，構成一套排沙、清淤、用沙為一體的水庫可持續利用系統技術。

“高渠拉沙”（圖1）利用淤積嚴重水庫所特有的高灘深槽型態，依靠重力侵蝕和水力沖刷作用對淤灘進行破離和輸移，具有費省效宏、操作簡便、實用性強、不需要機械動力設備的特點，能擴大長期使用庫容，提高水庫在終極情況下的徑流調節能力。

自1979年以來，黑松林水庫實施“高渠拉沙”（圖2），1979年9月～1995年3月期間，黑松林水庫正常高水位以下庫容一直保持在520萬m3左右，實現了多年沖淤平衡。黑松林水庫1980年利用高渠沖沙方式清淤40天，恢復庫容11.0萬m3，其成本僅為0.028元/m3。

圖1 高渠拉沙示意圖

圖2 黑松林水庫“高渠拉沙”渠道

2.3 沋河水庫

沋河水庫位于渭河一級支流沋河中游，1963年投入運用，以城市供水、農田灌溉為主兼顧防洪功能，總庫容3028.48萬m3。水庫多年平均輸沙量為58萬t，來水來沙集中在主汛期，自1960年12月大壩截流蓄水到1991年4月，水庫共淤積1150萬m3，有效庫容下降到367.3萬m3。

1965 年汛期開始異重流排沙實驗，涵洞進口高程比河底高9米，效果較差；1978年6月水力吸泥裝置正式運行，到1986年底累計運行449天，排沙42萬t，水力吸泥清淤緩解了沋河水庫淤積問題，但存在范圍小、見效慢的局限性，水庫淤積仍在加劇。

1993年7 月，沋河水庫排沙底洞建成，1993年7月～1994年8月，進行了基流沖刷、人造洪峰沖刷、高渠拉沙清淤實驗，排沙底洞沖刷淤積量為35.47萬m3，18.5萬m3的進庫泥沙直接排出庫外，在排沙底洞前形成了一條過流量100m3/s的導流槽。自2000年至2012年，共來沙36.65萬t，經排沙底洞排沙16.42萬t，減緩了水庫泥沙淤積。

2.4 小華山水庫

小華山水庫位于渭河南山支流遇仙河支流金堆峪河上，1959年投入運用，以灌溉為主兼顧防洪功能，總庫容176.8萬m3，控制流域面積17.5km2，至1976年有效庫容僅為55.0萬m3，為原有效庫容的51.7%，嚴重影響灌區農作物的用水。1977年大壩加高3m，溢流壩加高2.8m，暫時滿足灌區用水要求。

面對日益嚴重的水庫淤積，從1978年開始，采取水力吸泥裝置及異重流等措施處理庫區淤沙。1985年小華山水庫水力吸泥清淤年排沙量11萬t，滿足了小華山水庫的“當年清”，而且也滿足了逐步恢復淤廢的52萬m3庫容的要求。

3 存在的主要問題

（1）水庫“測管研”聯動缺失

水庫大多基本資料陳舊（大部分都為2000年以前），缺乏開展科研項目的相關資料，與水庫防洪減淤相關的水文監測工作開展較少；水庫管理部門更多關注水庫淤積狀況及臨時處理辦法，缺乏對水庫基本數據量測和對水庫問題采用科研手段解決的思路；同時，科研部門在水庫可持續利用技術方面的研究工作滯后于水庫本身的發展，導致中小水庫“測管研”聯動缺失。

（2）水庫管理維護薄弱

水庫普遍存在著工程設計標準較低，工程設施普遍存在老化和損壞，缺乏必要的維護管理，沒有專門針對水庫清淤及泥沙利用的管理部門及相關制度，許多水庫長期缺乏必要的維護管理及泥沙處理經費等問題，影響了工程的安全運行和經濟效益的發揮。

（3）水庫可持續利用技術篩選及推廣不夠

隨著科技的高速發展，多級排沙洞排沙、自吸式管道排沙、泄空排沙、異重流排沙、機械清淤等水庫可持續利用技術逐漸成熟，在理論上和工程裝備上都有了大幅度的提高，目前，缺乏對現有水庫可持續利用技術適用條件、運行特點、關鍵技術的系統總結和分析，無法為其他水庫清淤提供基礎信息支持和前期技術支撐。

4 解決措施及建議

（1）提高認識，加強防治

一是要把保持已成水庫可持續利用問題放在與新建水庫同等甚至優先的位置對待；二是在今后的水庫建設、改建、除險加固等規劃設計中，要充分考慮水庫排沙減淤功能和調度方式；三是要加強水庫庫區及周邊地區的水土保持和環境整治，堅持生物措施與工程措施相結合，減少進入水庫的泥沙量。

（2）開展水庫淤積及可持續利用技術調研總結，加強水庫排沙清淤技術的試驗研究和推廣工作

目前，水庫淤積狀況不夠明晰，可持續利用技術因水庫各異而多種多樣，建議對水庫淤積及可持續利用技術進行系統調研，總結已建典型水庫的排沙方式、實施條件以及排沙效果，通過開展數學模型計算和實體模型試驗等技術手段，甄別不同類型水庫可持續利用技術的適用條件、運行特點、實施方案和預期效果，探索因地制宜的清淤模式，提出可推廣應用的水庫泥沙處理技術和利用方案。

（3）深度提煉典型水庫存在問題，促進基礎研究向應用研究轉化

建議在系統調研水庫淤積及可持續利用技術基礎上，選擇具有代表性的典型水庫，總結水庫運用以來出現的問題及解決的辦法、已出現的問題及未解決的原因，結合目前管理現狀，深度提煉水庫可能出現的狀況。在水庫存在問題搞清楚的前提下，申請立項，以解決科研工作滯后實際生產需求的問題。

（4）拓寬泥沙利用市場途徑和科研經費渠道，建立“測管研”長效機制

水庫泥沙是可利用資源，要想辦法變廢為寶，建議分析泥沙資源利用現狀，研究淤沙造田、粗沙制磚、含金屬泥沙陶冶等技術，發展淤積泥沙資源化產業；從國家公益性事業經費、水庫泥沙利用效益、水庫興利效益等方面拓寬水庫清淤技術研究及實施的經費渠道，研究建立水庫量測服務于科研、科研適用于管理、管理促進科研和基礎量測的長效機制，提出實施水庫泥沙處理利用及維護循環運行模式的保障機制及措施。

（5）建立排沙減淤長效機制，實現清淤工作與水庫日常運行維護相結合

由于大多數河流含沙量較高，水庫泥沙淤積的情況不可能在短期內改變，水庫清淤也不可能一勞永逸，因此，要從經費、制度、調度運用等多方面探索建立水庫排沙減淤的長效機制；要加強水庫運行管理，在水庫控制運用計劃、度汛計劃編制中把水庫排沙減淤作為重要內容；要為水庫管理部門配備必要的清淤設備，定期進行清淤，實現清淤工作常態化，并試行按清淤量撥款補助，同時出臺稅收減免政策等。陜西水利