引黄灌区泥沙处理与利用技术发展现状及分析

2016-04-26毛潭张勇杰张广涛牛维嘉

科技视界 2016年10期

毛潭　张勇杰　张广涛　牛维嘉

【摘要】引黄工程对灌区的经济农业带来巨大发展的同时，黄河水中带来的大量泥沙也给当地带来了不小的难题。本文对引黄灌区的泥沙处理技术进行了分析总结，并阐述了黄河泥沙在农业、能源和建筑方面的利用。笔者认为在黄河泥沙处理和利用中，应该遵循全面协调可持续的原则，坚持“以黄养黄，以沙养沙”的思路。

【关键词】引黄灌区；泥沙处理；泥沙利用

0 前言

从1951年3月人民胜利渠开工建设到现在，经过60多年的快速发展，黄河流域地区的引黄灌溉工程对当地的经济农业发展做出了巨大的贡献。然而由于黄河中下游水中泥沙含量很高，当地在引水的同时把大量的泥沙也引到了灌区中，这给当地带来了一系列的生态环境问题，严重的阻碍了当地经济的发展[1]。因此，如何将引水中的泥沙进行有效的处理和利用，变废为宝，变害为利，成为影响灌区经济能否长期稳定健康发展的关键问题。

1 泥沙处理的几种方案

引黄灌区在泥沙的处理方面做了大量的工作，但泥沙处理是一个比较复杂的问题。单一的措施很难取得明显效果，必须因地制宜，综合治理，采取科学的管理办法，才能够达到少引、少淤的目的。引黄灌区泥沙处理主要工作是要通过各种措施减少渠首入沙和渠间淤沙。

1.1 渠首防沙

1）合理的引水口选择：对于合理的引入口选择，弯道凹岸水深最深、水流速度最大、弯道横比降最大的断面处是引水口的最佳选择[1-3]，弯道强环流能大大减少入渠的泥沙[4]。

2）引水口防沙措施：采用防沙闸、拦沙潜堰、拦沙坎、导沙坎、悬板分层、活动叠梁和橡胶坝引水防沙工程等引水口防沙措施[5]，可有效减少入闸泥沙量，减少渠道淤积。

3）沉沙池沉沙：黄河下游多数采用在靠近渠首位置设置沉沙池，使部分粒径较大的泥沙在泥沙池中淤积下来。沉沙池多建于低洼地和土质差的地方。该方案有施工简单，用工少，土建费用低等优点。在我国水利工程中，采用的沉沙池按照平面布置分主要有直线形、曲线形、条渠形和混合形等。沉沙池多采用以新代旧和以挖待沉两种方式运行[6]。

4）排沙漏斗排沙：主要由溢流侧堰、进水涵洞、进水闸、圆形漏斗室、水平悬板、排沙廊道等建筑物组成[7]，是利用立轴型螺旋流排沙完成水沙分离，可排除推移质粗颗粒和悬移质细颗粒两种类型泥沙，且结构简单、排沙耗水量少等优点[8]，其综合性能优于条渠和复合型厢形沉沙池等排沙设施。

1.2 渠道的减淤处理

目前较普遍采用的渠道减淤技术主要有：（1）通过选用可靠的设计参数，进行合理的渠道设计，使用渠道、渡槽、涵管等多种输水输沙工程形式，改善输水输沙线路，避免发生渠道淤堵；（2）利用水沙调度，集中大水量对渠道进行冲洗；（3）人工除淤或利用挖泥船等机械措施进行辅助清淤；（4）通过对现有渠道进行工程改造，包括加高进口段渠底、渠道衬砌、调整纵横断面形态等，提高输水输沙能力[9]。

2 泥沙的利用对策

在今后很长一段时期内，黄河水中多泥沙的现状是不会改变的，因此在减少泥沙进入渠道的同时，如何将清淤的泥沙有效的加以利用，才是保证引黄灌溉工程最大程度造福灌区人民的根本。

2.1 农业利用

黄河细沙中含有大量的氮、磷、钾和有机肥料，这可以增加土地肥力，在灌溉时利用浑水将细沙输入田间，对于改良土壤结构和改造盐碱地十分有利。黄河流域引洪淤灌就是泥沙资源农业利用的途径之一[9-11]。引洪淤灌的主要形式淤灌结合种稻，从而改良利用低洼盐碱地。如小开河引黄灌区，经过几次大规模淤改措施，原本无法耕种的大面积背河洼地、盐碱地和贫瘠的土地变为棉花的生产基地，其周边的生态环境也得到了极大的改善[12]。

2.2 建筑材料利用

长期以来，为实现黄河泥沙的资源化利用[13-15]，科研人员对黄河泥沙的资源情况，物理、化学和工艺等性能，以及工业应用等进行了比较系统的探索研究[16]，取得了一定的成果和经验，如黄河抢险用大块石、墙体砖、空心砖、内燃烧结砖、蒸养砖、免蒸免烧砖，黄河淤泥黑陶、彩陶制品、多孔材料，黄河泥沙保温隔热材料的研究及黄河沙在日用陶瓷及玻璃工业中的应用等[17-18]。据分析，淤沙含SiO2约70%左右，制成的灰砂砖抗压强度及抗折强度均能符合部颁标准[13]。水泥属钙质胶凝材料，但是随着石灰石质原材料的减少或消失，硅质胶凝材料将成为未来的主流。黄河泥沙属于硅铝资源，能制备多种材料，可以成为我国新型、稳定的矿产资源。同时，高附加值材料的制备也将促进黄河泥沙资源化利用[19]。如果把适宜的黄河泥沙进行胶凝化[20]，把其转化为胶凝材料，成为目前广泛使用的硅酸盐水泥的唯一替代品，黄河泥沙的利用前景会非常广阔[21]。

随着我国经济的快速发展，我国的城镇化速度逐渐加快，城市和新农村建设需要大量用土。采用黄河泥沙资源作为建筑、市政建设用材料，不仅可以保护生态环境，降低成本，而且可以变废为宝，符合国家建设资源节约型社会的号召。总之，该黄河泥沙利用措施在很大程度上可以缓解黄河水少沙多的局面，具有较好的经济、环境和社会效益。

2.3 修复生态环境

黄河流域藏有丰富的煤炭等矿产资源，在资源开采过程中往往形成地面沉降带，造成裂缝、崩塌、沉降等地面变形，矿区大面积的土地塌陷对农民的生产生活产生了极大的影响，严重破坏了生态环境。如果引用黄河泥沙对适宜的塌陷区进行填充，恢复塌陷区原有地貌，应当是一种值得认真考虑的治理途径。这样，既可以保障能源开发的顺利实施，又可以造地复耕，恢复土地使用功能，避免生态环境破坏和诱发其他次生灾害，保障当地群众的生产生活安全，同时也可减少泥沙在河道中的淤积。

3 存在问题

目前，引黄灌区的泥沙处理和利用方面的研究虽然有很多，并且也在实际的应用中起到了很好的效果，但是它仍存在很多问题。例如，对泥沙的处理多是政府的单一行为，缺乏整体规划和长远考虑；部分地区资金链不完整，后续的处理完善工作难以开展；由于缺乏有效监管，部分已建沉沙池运行过程中，沉沙池很快淤满，池内泥沙固结，造成了冲洗的困难，增加了冲洗费用，达不到设计规定的使用年限；由于没有对泥沙利用的有效方案和统一规划，堆积的泥沙引发系列的生态环境问题；堆积在输水渠或沉沙池的清淤弃土，形成堆沙高地，不仅占用了耕地，使土地沙化，而且造成部分地块不能保收，甚至形成沙尘天气，降低了人民群众的生活水平。

4 结论

随着经济社会的快速发展和人们环保和生态文明意识的不断增强，引黄灌区泥沙处理问题必将越来越受到人们的关注，并且得到有效的解决。泥沙处理应该是将自然条件和技术手段合理结合，尽量使引水中的泥沙输送到支渠及以下渠道，分散至田间。同时，黄河泥沙的开发利用将会成为处理黄河泥沙的一项重要举措。如何有效合理科学的开发利用黄河泥沙，应该由政府有关部门进行统一规划，统筹考虑。同时加快产品开发，遵循全面协调可持续的原则，坚持“以黄养黄，以沙养沙”的思路，将黄河泥沙资源的利用尽快产业化，形成泥沙资源利用的产业链条。

【参考文献】

[1]宋祖诏.渠首工程（第2版）[M].北京：水利电力出版社，1989.

[2]陈文彪.引水建筑物取水口位置及高程的确定方法[J].水利水电技术，1985，12：11.

[3]徐国宾.低水头引水枢纽防沙布置研究[J].水利水电工程设计，1999，03：27.

[4]王勤香.弯道无坝引水口位置的确定方法分析[J].黄河水利职业技术学院学报，1999，03：14.

[5]王海丽.无坝引水防沙措施述评[J].广东水利水电，2009，02：18.

[6]宗全利.一种新型冲洗式沉沙池的设计探讨[J].长江科学院院报，2005，02：13.

[7]王红梅.漏斗式全沙排沙技术在新疆精河的应用[J].水利科技与经济，2010，01：60.

[8]李琳.漏斗式全沙排沙技术在陕西东雷抽黄灌区泥沙治理的成功实践[J].新疆农业大学学报，2004，03：46.

[9]吴海亮.黄河泥沙资源化利用研究[J].人民黄河，2009，05：49.

[10]李其光.黄河泥沙固化新技术研究与应用[J].山东水利，2009，Z1：29.

[11]王延贵.流域泥沙灾害与泥沙资源性研究[J].泥沙研究，2006（2）：65.