水庫清淤可行性分析

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我國是世界上水庫數(shù)量最多的國家，據(jù)2018年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報，我國已建的各類水庫有98822座，總庫容為8953億m3。水庫在我國國民經濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，但我國也是水庫泥沙淤積問題最為嚴重的國家，淤積造成水庫庫容減小，嚴重影響著水庫功能和綜合效益的發(fā)揮。因此，積極開展水庫清淤研究工作對充分發(fā)揮水庫功能，提升水庫綜合效益具有重要的現(xiàn)實意義。

1 我國水庫泥沙淤積現(xiàn)狀及原因

目前，我國尚沒有系統(tǒng)的水庫泥沙淤積基礎數(shù)據(jù)。但相關研究顯示，我國水庫平均年淤積速率為2.3%，明顯高于美國的0.24%、日本的1.02%及世界平均水平的0.5%～1%。2012年，水利部組織對全國水庫泥沙淤積現(xiàn)狀進行調查，并對山西、陜西、貴州、江西4個典型省份的水庫泥沙淤積情況進行了實地調研。結果顯示，山西省731座水庫的泥沙淤積率為34%；陜西省1019座水庫的泥沙淤積率為34%，且僅1978—1998年期間因淤積報廢的水庫就有438座；貴州省1971座水庫的泥沙淤積率為3%；江西省9793座水庫的泥沙淤積率為4.3%；山西、陜西兩省水庫普遍存在不同程度的淤積，總體淤積較嚴重，平均淤積率為34%；江西、貴州兩省約60%的水庫存在不同程度淤積，且淤積程度差異較大，部分水庫泥沙淤積極其嚴重，如江西塘背水庫庫容淤積率高達58.9%、貴州新橋水庫庫容淤積率高達80.0%[1]。

從我國4個典型省份的水庫泥沙淤積情況調查數(shù)據(jù)可知，我國水庫泥沙淤積問題十分突出。北方含沙量高的黃河流域淤積問題尤為嚴重，而南方含沙量較少的長江、珠江等流域由于水量豐沛，導致輸沙總量高，淤積問題也較為嚴重。泥沙淤積是水庫在設計、建設及后期運行管理過程中需要解決的關鍵問題。導致水庫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、地質條件，水土流失相對嚴重。例如，山西、陜西省部分地處黃土高原，土質疏松、植被稀少，易引發(fā)水土流失，導致大量泥沙入庫；貴州省山丘區(qū)的石漠化問題導致洪水挾帶大量泥沙入庫；江西省紅壤土面積較大、結構松散，如遇強降雨易引發(fā)山洪、泥石流，導致泥沙入庫。

（3）人為因素影響。過去一段時期，庫區(qū)管理制度不健全，水土保持工作相對薄弱，非法采砂、采礦，亂砍濫伐等活動破壞了庫區(qū)原有下墊面性質，導致水土流失加劇，造成水庫淤積。

（4）工程設施不足。我國大部分水庫修建于20世紀80年代以前，由于缺乏長系列泥沙監(jiān)測數(shù)據(jù)，且對河流泥沙缺乏系統(tǒng)的研究和認識，導致工程排沙設施設置不夠合理，入庫泥沙不易排出水庫，大量泥沙淤積在庫區(qū)。特別是部分小型水庫，工程設施簡單，水庫泥沙淤積問題突出。

（5）運用條件受限。在我國西北高含沙地區(qū)，水資源短缺嚴重、供需矛盾突出，沒有蓄清排渾的水量條件，水庫為保障供水需在汛期攔洪蓄水，造成大部分泥沙淤積庫區(qū)。

2 水庫泥沙淤積產生的不利影響

（1）淤積導致庫容減少，影響水庫功能的正常發(fā)揮。水庫泥沙淤積侵占興利庫容，導致興利庫容減少，影響了水庫供水、灌溉、發(fā)電等興利功能的正常發(fā)揮；泥沙淤積侵占水庫防洪庫容，造成水庫防洪功能降低，影響了水庫周邊及下游的人民生命及財產安全；水庫變動回水區(qū)淤積會抬高河床，降低水庫的航運功能。例如，駐馬店市板橋水庫的死庫容已淤滿，興利庫容已淤積12.7%、防洪庫容已淤積6.60%，隨著水庫泥沙淤積的不斷發(fā)展，水庫的防洪、供水、灌溉、發(fā)電功能逐年降低，造成了嚴重的間接經濟損失[2]。

（2）吸附在泥沙表面的污染物對水質造成不利影響。有機物、營養(yǎng)鹽、重金屬等污染物吸附在泥沙表面，隨泥沙富集在水庫底泥中，形成內源污染，影響水庫水質安全。例如，深圳市西麗水庫每年從庫區(qū)底泥中釋放的氨氮量為2692t，釋放的總磷量為771t，造成庫區(qū)水體二次污染[3]。

（3）壩前淤積影響水庫運行安全。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，影響水庫安全運行；且泥沙進入水電站，會加重對過水建筑物和水輪機葉片的磨損，降低其使用壽命。例如，延安市王瑤水庫壩前泄洪洞口處已形成深30多米的沖刷漏斗，一旦水庫開閘放水極易堵塞洞口，影響水庫泄流，從而給水庫運行帶來安全隱患[4]。

（4）淤積末端向上游延伸，造成上游地區(qū)的淹沒和浸沒，導致兩岸土地鹽堿化，帶來一系列環(huán)境問題。如承德市廟宮水庫，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，導致地下水位上升，產生淹沒和浸沒危害，使周邊土地鹽漬化和沼澤化[5]。

（5）水庫泥沙淤積導致水庫下泄清水，引起下游河道發(fā)生沖刷和變形。例如，三門峽市三門峽水庫運行初期淤積嚴重，水庫下泄水流過清，導致下游河道沖刷嚴重，河道兩岸灘地坍塌[6]。

3 水庫清淤的可行性

（1）水庫外源污染及入庫泥沙已逐步得到有效控制。近年來，隨著我國水生態(tài)文明建設工作的大力推進，各流域陸續(xù)實施了水土保持工程、點源和面源污染防治工程、河流水生態(tài)綜合治理工程、入庫河流濕地治理工程等治理工程，水庫外源污染及入庫泥沙逐步得到有效控制，入庫水質有明顯改善的趨勢，水庫內源污染底泥治理將成為下一階段的工作重點。

（2）清淤裝備可滿足施工需求。我國河道、湖泊、水庫等清淤技術快速發(fā)展，裝備能力逐步提升。目前，國內比較成熟的清淤裝備主要包括陸地挖掘機械、環(huán)保絞吸挖泥船、DOP泵挖泥船。小型水庫或有條件放空的水庫通常采用陸地挖掘機械進行清淤，實施效率高。環(huán)保絞吸挖泥船的土質適應性較好，取料濃度大，定位精度較高，可有效減少污染物擴散，工作水深在10m左右范圍內，適用于對水環(huán)境要求高的水庫。DOP泵挖泥船擾動低、泥漿濃度高，可實現(xiàn)100m范圍內的疏浚作業(yè)，適合深水清淤工程。

（3）環(huán)保清淤技術日趨成熟。隨著清淤技術的迅速發(fā)展，環(huán)保清淤在設計、施工、環(huán)境監(jiān)控等方面的技術日趨成熟，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，為水庫泥沙淤積治理工程的開展奠定了堅實的基礎。例如，在污染底泥清淤過程中采用環(huán)保清淤裝備及環(huán)保清淤工藝，可減少底泥疏挖過程中的擴散，降低對水體的二次污染；底泥輸送采用管道輸送串聯(lián)接力泵加壓技術，可實現(xiàn)底泥的全封閉、遠距離穩(wěn)定輸送。自然干化、真空預壓、土工管袋脫水、離心脫水、板框壓濾脫水等技術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；余水經物理、化學、生物等方法處理后，以不低于水庫現(xiàn)狀水質標準回庫，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、制備綠化土、生產建材、制備回填土等。

（4）國內水體污染底泥清淤工程取得了良好效果。全國各地已實施了多處環(huán)保清淤工程，如武漢東湖、貴州阿哈水庫、深圳石巖水庫、福建山美水庫、天津于橋水庫等湖泊水庫底泥清淤工程，清淤后水質明顯好轉，水環(huán)境質量得到提升，工程均取得了良好效果，為全國范圍內開展水庫清淤工程積累了寶貴的經驗和技術儲備。

（5）具有社會、經濟和環(huán)境效益。通過水庫清淤可恢復有效庫容，充分發(fā)揮水庫的調蓄和防洪減災功能，延長水庫使用年限，確保水庫安全運行，保障公共安全及水資源的高效利用，可產生巨大的社會效益。通過水庫清淤恢復有效庫容，充分挖掘水庫蓄水能力，可保障水庫灌溉、供水、發(fā)電等綜合效益的發(fā)揮，還可減少新建水庫帶來的征地、移民、生態(tài)環(huán)境等諸多問題，經濟效益顯著。通過水庫清淤還可降低內源污染，提升水庫水質和水生態(tài)環(huán)境；對清淤底泥進行資源化利用，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 結束語

我國大部分水庫已運行數(shù)十年，由于未開展過大規(guī)模的水庫清淤工程，很多水庫泥沙淤積十分嚴重，不僅影響著水庫功能的正常發(fā)揮，還對生態(tài)環(huán)境造成了一定的損害，甚至可導致水庫淤滿報廢，水庫泥沙淤積問題已成為制約水庫功能和綜合效益發(fā)揮的突出短板。通過水庫清淤工程，可恢復因淤積而損失的水庫有效庫容，充分發(fā)揮水庫功能，提升水庫綜合效益，補足水庫工程突出短板，具有較高的社會、經濟和環(huán)境效益。