引黃入冀補淀工程泥沙處置分析與探索

關鍵詞：沉沙池；清淤泥沙；泥沙處置；引黃入冀補淀工程

中圖分類號：ＴＶ１４５＋ ．３；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０５．０１１

引用格式：耿淼蕊，楊晨．引黃入冀補淀工程泥沙處置分析與探索［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（５）：５１－５４

引黃入冀補淀工程是國務院確定的１７２ 項節水供水重大水利工程之一［１］ ，設計年供水量約１０ 億ｍ^３，是緩解沿線地區農業灌溉缺水狀況及地下水超采狀況、改善白洋淀生態環境、為雄安新區生態文明建設提供水源保障的重要民生工程。工程起自河南省濮陽縣渠村鄉，輸水線路總長４８２ ｋｍ，最終入白洋淀。工程自２０１７ 年１１ 月試通水至２０２０ 年４ 月２０ 日，累計引水量僅有３１．５億ｍ^３，期間沉沙池泥沙淤積量高達６３７ 萬ｍ^３，因沒有堆沙場而造成沉沙池不能及時清淤，沉沙能力下降，淤積泥沙頂托沉沙池進口渠道來水。同時，沉沙池出口含沙量加大，加重下游輸水渠道泥沙淤積，影響引黃入冀補淀工程的正常供水效益，特別是沉沙池清淤的巨量泥沙長時間堆積在周圍臨時征用的農田，造成周邊環境污染，農耕面積減小、糧食年產量下降。基于此，本文總結黃河泥沙治理與開發利用現狀，基于場地條件、泥沙特性、泥沙處置制約因素等分析沉沙池泥沙處置可行性，對沉沙池清淤泥沙處置途徑進行深入探索，以期為泥沙資源化利用、沉沙池優化配置提供科學依據。

１黃河下游引黃沉沙池產生的生態環境問題分析

黃河是一條多泥沙河流，引水必引沙。根據水利部水農水〔１９９４〕５１６ 號文發布的《黃河下游引黃灌溉管理規定》，灌溉渠道退水含沙量不得超過２ ｋｇ／ ｍ^３。

在此條件下，引黃入冀補淀工程渠首必須修建沉沙池，使泥沙集中沉積，盡可能將泥沙造成的環境問題限制在較小范圍內。

據統計，在２０００年之前修建沉沙池時，渠首附近有低洼地，通過改造淤積地使背河洼地、鹽堿地變為高產糧田，深受群眾歡迎。２０００ 年以后黃河下游大部分背河洼地已淤滿，只能征用糧田來建設沉沙池。然而，初期修建的沉沙池使用年限為２ ～ ３ ａ、占地面積為１．３４～２．０８ ｋｍ^２，此后每隔２～３ ａ 又需征用新的土地進行沉沙處置，長此以往，大量寶貴的土地被廢棄沉沙池占用。此外，廢棄沉沙池泥沙淤積面高出周邊地面１．５～２．０ ｍ，形成沙質高地，土壤肥力差，植被及農作物很難生長，每遇風天飛沙卷起，嚴重影響大氣質量與周邊生態環境。

近年來，在各級政府的政策支持下，引黃沉沙池的建設與治理逐漸被納入城市建設規劃中，將沉沙池水利功能與景觀建設有機結合，實現對沉沙池生態環境的保護和修復，有效改善沉沙池周邊人居環境，帶動地方經濟發展。

２黃河泥沙治理與開發利用現狀分析

歷史上黃河泥沙治理與開發利用研究主要側重于泥沙來源、淤積規律和治理技術等方面［２］ ，進行寬河固堤、束水攻沙、淤填造地、引洪放淤、改良土壤等生產實踐，取得了豐碩成果。隨著社會進步、科學技術發展、生態文明建設推進，人們逐漸更新思維、轉變觀念，采用各種方式對黃河泥沙進行資源化利用，具體如下。

（１）改良土壤。黃河泥沙特別是汛期泥沙極具肥效，含有農作物生長所需的多種元素，是一種優良的土壤改良原料。黃河流域引洪淤灌就是泥沙資源農業利用的有效途徑之一，主要形式包括淤改、稻改和渾水灌溉等，具有平整土地、改良土壤結構、提高土壤肥力等多種功能。

（２）建設工程。放淤固堤是相關部門最早大規模利用黃河泥沙資源進行防洪工程建設的一項工程技術手段，利用機械設備提取黃河水沙，通過管道輸送至大堤背河側設定區域，經沉沙落淤、排除清水，加大堤防斷面，消除險點隱患。近幾年該技術手段還擴展應用到灘區村臺、鎮臺淤筑建設中，降低灘區村、鎮淹沒風險。此外，隨著沿黃地區各項基礎設施建設力度不斷加大，施工用土量增加，相關部門挖取黃河泥沙為某些區域交通和城市建設提供土源，增加收益的同時保護了耕地。

（３）轉化為建筑原材料。黃河泥沙作為建筑材料最早應用在砌磚、粉墻等領域［３］ 。近年來隨著對混凝土質量要求的提高以及泵送商品混凝土的迅速發展，河南建筑材料研究設計院對黃河泥沙物理化學性質和工藝性能等進行研究，將粒徑為０．０２５～０．１５０ ｍｍ 的黃河泥沙摻入以石子、大沙為骨料的傳統混凝土中，提升混凝土強度，減少水泥用量，增強混凝土的流動性及和易性。同時河南建筑材料研究設計院頒布了黃河泥沙用于泵送商品混凝土的質量標準，促進了黃河泥沙建筑材料的應用。此外，黃河泥沙在制造備防石、墻體磚、淤泥黑陶、多孔材料、保溫隔熱材料等方面也有所應用。

（ ４）制造黃河精品沙等。從黃河花園口河段每２０ ｍ^３泥沙中可淘選１ ０００ ｋｇ 鐵砂，采用黃河泥沙制備較高附加值材料具有有效性和可控性。２０１０ 年前在黃河下游出現采淘鐵砂現象，一些民營企業將中牟縣黃河沙丘泥沙進行篩分和烘干，做成高附加值的鑄造沙，還有一些科研機構利用黃河泥沙制造硅粉、玻璃，或對塌陷區進行填充，修復塌陷區生態環境、造地復耕，保障當地群眾的生產、生活安全。

３沉沙池泥沙處置可行性分析

泥沙處置以節能環保、可持續利用為目標，以發展高品質建筑材料、營養土、陶粒等為切入點［４］ ，通過把以往的挖掘機配套沉沙池干地清淤方式優化設計為挖泥船配套沉沙池動水清淤方式，把泥沙就近粗放堆置在農田方式設計為沉沙池高架太陽能廠房水力分選堆置方式，以解決泥沙清淤過程中揚塵污染、占壓耕地等問題，進行資源節約型、環保生態型美麗鄉村創建與科普示范。

３．１場地條件

引黃入冀補淀工程沉沙池（見圖１）總占地面積約１７３．３３ ｋｍ^２，其中水域面積約１４６．６７ ｋｍ^２［１］ 。沉沙池位于渠線樁號２＋５００—５＋０００，鄰近巴寨村、安邱村、任稱灣村等村莊地勢低平，附近有國道和省道，兩側各設置一條南北向巡視道路（寬４ ｍ），泥沙轉運交通便利。沉沙池按渠梭形布置，分東、西兩條渠，每條渠設計開口寬３５２．５ ｍ、底寬３２３．０ ｍ、水深５．２ ｍ，東條渠設計軸線長度為２ ２０６ ｍ，西條渠設計軸線長度為２ ３５６ ｍ，東、西兩條渠之間設置有隔堤，隔堤路面開闊。

渾濁的黃河水從南入口流入沉沙池［５］ ，泥沙沉淀后的清水從北出口流出，按黃河水入沉沙池含沙量４．５ｋｇ／ ｍ^３、出沉沙池含沙量１．６ ｋｇ／ ｍ^３ 計算，設計東、西兩條渠年泥沙淤積量為１９３ 萬ｍ^３，東條渠年泥沙淤積量為１８５ 萬ｍ^３。采用挖泥船抽取沉沙池泥沙，由泥水管道輸送至沉沙池附近的泥沙分選廠進行分類處置、環保堆置，作為建筑原材料快速流轉和使用。泥沙處置項目用地面積集中，場區地形開闊、條件優越，滿足新型建材場地施工要求，泥沙開發條件良好。

３．２泥沙特性分析

為準確判斷引黃入冀補淀工程沉沙池淤積泥沙資源化利用的數量，濮陽市自然資源和規劃局、河南黃河河務局供水局分別委托河南省地質礦產勘查開發局第一地質環境調查院（簡稱環境調查院）、河南華水工程質量檢測有限公司對沉沙池淤積泥沙的顆粒級配、礦物成分等進行檢測。環境調查院檢測的泥沙顆粒級配結果顯示：沉沙池泥沙進水口處（沉沙池南部）泥沙顆粒較粗，出水口處（沉沙池北部）泥沙顆粒較細，根據《巖土工程勘察規范》（ＧＢ ５００２１—２００１）將沉沙池泥沙定名為粉土、粉沙［１］ 。

環境調查院檢測的沉沙池泥沙重金屬含量見表１（選取３ 個采樣點進行檢測）［１］ ，泥沙重金屬含量滿足《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準》（ＧＢ１５６１８—２０１８）一級標準，泥沙可作為維持自然環境的土壤使用，滿足Ⅰ類土壤環境質量要求。

環境調查院檢測的沉沙池泥沙礦物成分見表２（選取６ 個采樣點進行檢測）［１］ ，泥沙礦物成分主要為石英、長石（斜長石、鉀長石），二者含量占比約８０％，符合建筑材料礦物成分要求。

環境調查院對沉沙池泥沙放射性核素的檢測結果見表３［１］ ，沉沙池泥沙內照射指數為０．１、外照射指數為０．２～０．３，均符合《建筑材料放射性核素限量》（ＧＢ６５６６—２０１０）要求。

河南華水工程質量檢測有限公司于２０２１ 年１２ 月２６ 日在東、西沉沙池典型部位（見圖２） 取樣進行檢測，得出沉沙池泥沙小于等于某粒徑的質量百分數［５］見表４，泥沙粒徑大小沿程分布情況與環境調查院得出的結果一致。

３．３泥沙處置制約因素分析

為做好引黃入冀補淀工程沉沙池泥沙處置工作，沉沙池運營管理單位對黃河流域引黃灌區河流、渠系以及沉沙池的泥沙治理和開發利用情況進行調研，結合沉沙池泥沙樣品試驗結果，確定符合市場需求的泥沙開發方案。調研結果顯示，沉沙池清淤泥沙粗細不一、雜質較多，不符合發展新型建筑材料的質量要求。品質低劣的清淤泥沙被禁止流入建筑市場是影響沉砂池泥沙處置的關鍵因素，且目前沉沙池清淤采用挖掘機和汽車運輸方式，清淤泥沙就近長時間、露天堆置在附近農田，其引發的占壓耕地、飛沙揚塵、污染環境等也是影響沉沙池泥沙處置的重要因素。

３．４泥沙處置成本和相關政策分析

采用挖泥船進行沉沙池動水清淤、水中分選，具有不影響沉沙池正常運行、占用耕地少、節能環保等優勢。挖泥船平均排距約８００ ｍ，無須加壓即可完成泥水輸送，泥沙綜合銷售費用約３５ 元／ ｍ^３，遠低于市場泥沙銷售價格，從施工成本來看，沉沙池泥沙處置是完全可行的。

為進一步降低沉沙池清淤、泥沙分選等動力消耗和泥沙處置成本，解讀分析國家對引黃入冀補淀工程的支持政策、相關法律法規，利用沉沙池進行風電、光伏能源項目建設，并利用清淤泥沙制造新型建筑材料，實施地、水、泥、光、風復合利用，可發揮經濟社會、生態保護效益。

４沉沙池清淤泥沙處置途徑探索

為避免泥沙堆積占壓耕地和揚塵污染環境，根據工程所在地區經濟社會發展狀況和建筑業遠景規劃，結合沉沙池建設場地條件、泥沙特性、泥沙資源化利用多年實踐成果［６］ ，改變沉沙池運用方式，即對一個沉沙池進行日常不間斷引水沉沙運用，對另一個沉沙池進行泥沙精細化分選廠房（進行泥沙清淤、分選、堆放）、風力發電廠和太陽能光伏發電基面的一體化建設。在沉沙池清淤過程中同時進行粗沙、中沙、細沙、粉泥篩選，分類堆放、鐵砂提取、雜質剔除、無害化處理。沉沙池清淤采用動水抽沙、管道輸送方式，泥沙中鐵沙提取、雜質剔除和粗沙、中沙、細沙、粉泥篩選分類都采用水中作業模式，可避免產生揚塵、降低篩選設備損耗及能耗。將精細化提取的鐵砂作為礦產資源直接出售給鋼廠，將精細化分選得到的粗沙、中沙和細沙作為高品質建筑材料直接出售給混凝土拌和站、鑄件廠、建筑工地，進行混凝土和砂漿拌制、鑄件模具制作、人造石制作等，細沙和粉泥可作為工程用土、土地改良用土或多孔磚材料用土，剩余泥沙可作為就近建設的新型建材廠靶向產品制磚（透水混凝土磚、建筑裝飾磚、景觀磚等）、陶粒（花卉陶粒、園林陶粒、防滑路面陶粒、陶粒透水磚）、彩沙、營養土和添加劑等的生產原材料。

泥沙精細化分選廠房、風力發電廠和太陽能光伏發電基面的一體化建設工程具體如下：采用密閉廠房架空房頂建設模式進行光伏發電，即在房頂發電，在屋內進行清淤泥沙分選和堆放，可降低成本、減少占地（見圖３）。

５結語

為保障引黃入冀補淀工程供水安全、生態安全，本文在現有工程建設的基礎上，對黃河下游引黃沉沙池的生態環境、泥沙治理、泥沙特性等進行分析。可利用引黃入冀補淀工程沉沙池現有條件，進行挖泥船動水清淤和泥沙分選，將該工程泥沙處置項目建設成地、水、泥、光、風復合利用和節能環保、發展經濟的示范性項目，在保證工程正常供水的情況下提高工程質量、發揮經濟效益。

【責任編輯 栗銘】