引黃灌區泥沙處理與利用技術發展現狀及分析

毛潭　張勇杰　張廣濤　牛維嘉

【摘 要】引黃工程對灌區的經濟農業帶來巨大發展的同時，黃河水中帶來的大量泥沙也給當地帶來了不小的難題。本文對引黃灌區的泥沙處理技術進行了分析總結，并闡述了黃河泥沙在農業、能源和建筑方面的利用。筆者認為在黃河泥沙處理和利用中，應該遵循全面協調可持續的原則，堅持“以黃養黃，以沙養沙”的思路。

【關鍵詞】引黃灌區；泥沙處理；泥沙利用

0 前言

從1951年3月人民勝利渠開工建設到現在，經過60多年的快速發展，黃河流域地區的引黃灌溉工程對當地的經濟農業發展做出了巨大的貢獻。然而由于黃河中下游水中泥沙含量很高，當地在引水的同時把大量的泥沙也引到了灌區中，這給當地帶來了一系列的生態環境問題，嚴重的阻礙了當地經濟的發展[1]。因此，如何將引水中的泥沙進行有效的處理和利用，變廢為寶，變害為利，成為影響灌區經濟能否長期穩定健康發展的關鍵問題。

1 泥沙處理的幾種方案

引黃灌區在泥沙的處理方面做了大量的工作，但泥沙處理是一個比較復雜的問題。單一的措施很難取得明顯效果，必須因地制宜，綜合治理，采取科學的管理辦法，才能夠達到少引、少淤的目的。引黃灌區泥沙處理主要工作是要通過各種措施減少渠首入沙和渠間淤沙。

1.1 渠首防沙

1）合理的引水口選擇：對于合理的引入口選擇，彎道凹岸水深最深、水流速度最大、彎道橫比降最大的斷面處是引水口的最佳選擇[1-3]，彎道強環流能大大減少入渠的泥沙[4]。

2）引水口防沙措施：采用防沙閘、攔沙潛堰、攔沙坎、導沙坎、懸板分層、活動疊梁和橡膠壩引水防沙工程等引水口防沙措施[5]，可有效減少入閘泥沙量，減少渠道淤積。

3）沉沙池沉沙：黃河下游多數采用在靠近渠首位置設置沉沙池，使部分粒徑較大的泥沙在泥沙池中淤積下來。沉沙池多建于低洼地和土質差的地方。該方案有施工簡單，用工少，土建費用低等優點。在我國水利工程中，采用的沉沙池按照平面布置分主要有直線形、曲線形、條渠形和混合形等。沉沙池多采用以新代舊和以挖待沉兩種方式運行[6]。

4）排沙漏斗排沙：主要由溢流側堰、進水涵洞、進水閘、圓形漏斗室、水平懸板、排沙廊道等建筑物組成[7]，是利用立軸型螺旋流排沙完成水沙分離，可排除推移質粗顆粒和懸移質細顆粒兩種類型泥沙，且結構簡單、排沙耗水量少等優點[8]，其綜合性能優于條渠和復合型廂形沉沙池等排沙設施。

1.2 渠道的減淤處理

目前較普遍采用的渠道減淤技術主要有：（1）通過選用可靠的設計參數，進行合理的渠道設計，使用渠道、渡槽、涵管等多種輸水輸沙工程形式，改善輸水輸沙線路，避免發生渠道淤堵；（2）利用水沙調度，集中大水量對渠道進行沖洗；（3）人工除淤或利用挖泥船等機械措施進行輔助清淤；（4）通過對現有渠道進行工程改造，包括加高進口段渠底、渠道襯砌、調整縱橫斷面形態等，提高輸水輸沙能力[9]。

2 泥沙的利用對策

在今后很長一段時期內，黃河水中多泥沙的現狀是不會改變的，因此在減少泥沙進入渠道的同時，如何將清淤的泥沙有效的加以利用，才是保證引黃灌溉工程最大程度造福灌區人民的根本。

2.1 農業利用

黃河細沙中含有大量的氮、磷、鉀和有機肥料，這可以增加土地肥力，在灌溉時利用渾水將細沙輸入田間，對于改良土壤結構和改造鹽堿地十分有利。黃河流域引洪淤灌就是泥沙資源農業利用的途徑之一[9-11]。引洪淤灌的主要形式淤灌結合種稻，從而改良利用低洼鹽堿地。如小開河引黃灌區，經過幾次大規模淤改措施，原本無法耕種的大面積背河洼地、鹽堿地和貧瘠的土地變為棉花的生產基地，其周邊的生態環境也得到了極大的改善[12]。

2.2 建筑材料利用

長期以來，為實現黃河泥沙的資源化利用[13-15]，科研人員對黃河泥沙的資源情況，物理、化學和工藝等性能，以及工業應用等進行了比較系統的探索研究[16]，取得了一定的成果和經驗，如黃河搶險用大塊石、墻體磚、空心磚、內燃燒結磚、蒸養磚、免蒸免燒磚，黃河淤泥黑陶、彩陶制品、多孔材料，黃河泥沙保溫隔熱材料的研究及黃河沙在日用陶瓷及玻璃工業中的應用等[17-18]。據分析，淤沙含SiO2約70%左右，制成的灰砂磚抗壓強度及抗折強度均能符合部頒標準[13]。水泥屬鈣質膠凝材料，但是隨著石灰石質原材料的減少或消失，硅質膠凝材料將成為未來的主流。黃河泥沙屬于硅鋁資源，能制備多種材料，可以成為我國新型、穩定的礦產資源。同時，高附加值材料的制備也將促進黃河泥沙資源化利用[19]。如果把適宜的黃河泥沙進行膠凝化[20]，把其轉化為膠凝材料，成為目前廣泛使用的硅酸鹽水泥的唯一替代品，黃河泥沙的利用前景會非常廣闊[21]。

隨著我國經濟的快速發展，我國的城鎮化速度逐漸加快，城市和新農村建設需要大量用土。采用黃河泥沙資源作為建筑、市政建設用材料，不僅可以保護生態環境，降低成本，而且可以變廢為寶，符合國家建設資源節約型社會的號召。總之，該黃河泥沙利用措施在很大程度上可以緩解黃河水少沙多的局面，具有較好的經濟、環境和社會效益。

2.3 修復生態環境

黃河流域藏有豐富的煤炭等礦產資源，在資源開采過程中往往形成地面沉降帶，造成裂縫、崩塌、沉降等地面變形，礦區大面積的土地塌陷對農民的生產生活產生了極大的影響，嚴重破壞了生態環境。如果引用黃河泥沙對適宜的塌陷區進行填充，恢復塌陷區原有地貌，應當是一種值得認真考慮的治理途徑。這樣，既可以保障能源開發的順利實施，又可以造地復耕，恢復土地使用功能，避免生態環境破壞和誘發其他次生災害，保障當地群眾的生產生活安全，同時也可減少泥沙在河道中的淤積。

3 存在問題

目前，引黃灌區的泥沙處理和利用方面的研究雖然有很多，并且也在實際的應用中起到了很好的效果，但是它仍存在很多問題。例如，對泥沙的處理多是政府的單一行為，缺乏整體規劃和長遠考慮；部分地區資金鏈不完整，后續的處理完善工作難以開展；由于缺乏有效監管，部分已建沉沙池運行過程中，沉沙池很快淤滿，池內泥沙固結，造成了沖洗的困難，增加了沖洗費用，達不到設計規定的使用年限；由于沒有對泥沙利用的有效方案和統一規劃，堆積的泥沙引發系列的生態環境問題；堆積在輸水渠或沉沙池的清淤棄土，形成堆沙高地，不僅占用了耕地，使土地沙化，而且造成部分地塊不能保收，甚至形成沙塵天氣，降低了人民群眾的生活水平。

4 結論

隨著經濟社會的快速發展和人們環保和生態文明意識的不斷增強，引黃灌區泥沙處理問題必將越來越受到人們的關注，并且得到有效的解決。泥沙處理應該是將自然條件和技術手段合理結合，盡量使引水中的泥沙輸送到支渠及以下渠道，分散至田間。同時，黃河泥沙的開發利用將會成為處理黃河泥沙的一項重要舉措。如何有效合理科學的開發利用黃河泥沙，應該由政府有關部門進行統一規劃，統籌考慮。同時加快產品開發，遵循全面協調可持續的原則，堅持“以黃養黃，以沙養沙”的思路，將黃河泥沙資源的利用盡快產業化，形成泥沙資源利用的產業鏈條。

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[責任編輯：王楠]