浅析水库生态清淤

何亚歌

（陕西省泾惠渠灌溉中心,陕西 三原 713800）

水库是我国水利发展的重要工程,对拦蓄洪水、调节径流、滞洪消峰、改变水资源时空分布不均,乃至水系连通、生态调节等具有非常重要的作用。陕西省水库大多建于二十世纪六七十年代,大部分位于多沙粗沙区,水土流失等造成水库淤积严重,泥沙淤积侵占了水库兴利库容、防洪调洪库容,极大地降低水库设计效益的发挥,也威胁到水库自身安全和下游地区的防洪安全。很多水库不具备加高大坝的条件,因此,尽快实施水库清淤是解决泥沙淤积带来的各种不利影响的根本出路。

1 工程概况

王瑶水库位于陕西省安塞县延河支流杏子河中游,控制流域面积820 km2,总库容2.03亿m3,是一座以防洪为主,兼有灌溉、供水、发电等综合作用的大（2）型水库。水库下游65 km为延安市区,地理位置非常重要。王瑶水库承担着延安市防洪任务和供水任务。

王瑶水库于1970 年开工建设,1972 年竣工。建设之初,设计为“闷葫芦”形式,没有泄洪设施。泄洪洞于1974 年9 月动工,1979 年底竣工,1980年投入运行。1991 年12 月第一次进行除险加固,主要建设内容为：坝体加固、泄洪洞进口清障消坡、输水洞进水塔加高等。1997 年增加了延安市供水1510.4 万m3的任务。2006 年完成第二次除险加固,主要建设内容为：增建泄洪洞、加固处理原泄洪洞进行、更新改造金属结构、对大坝裂缝进行灌浆处理等。

2 清淤方案

王瑶水库位于延河一级支流杏子河,地处黄土高原丘陵沟壑区。由于杏子河来沙量大,造成王瑶水库淤积非常严重。2001年实测水库泥沙淤积量为1.14 亿m3。2021 年6 月,经陕西省水利电力勘测设计研究院对水库库区地形实测,坝前淤积高程高达1176.70 m,相比建库初期坝前高程1135.70 m,最大落淤厚度达40.9 m,库区淤积总量1.42 亿m3,占总库容的70%；死库容已全部淤完,校核洪水位以下剩余库容6830万m3,淤积严重侵占了水库的兴利库容、调洪库容和防洪库容。经复核,按照目前方式蓄水运行,2年后水库自身防洪安全将无法满足要求[1]。其次,王瑶水库下游65 km是革命圣地延安、延长油田、长庆油田、兰空军用机场、包西铁路、210 国道、正在建设的包西高速铁路,以及6.5万亩农田和沿岸50 多万群众,水库一旦溃坝,将给下游带来毁灭性灾难,造成难以估量的经济损失和政治影响。受库区文物古迹秦直道等影响,水库不具备加坝条件,因此,除增加泄洪建筑物增大泄洪规模外,清淤成了王瑶水库解决防洪、供水等一系列问题的唯一途径。

水库清淤通常采用泄空排沙、人工机械清淤两种方式。泄空排沙需要大量的水,不符合王瑶水库严重缺水的实际。唯一可行的是人工机械清淤。经陕西省水利电力勘测设计研究院研究,最终确定采用机械方式。具体方案为：为避免已清淤部位重新落淤,清淤方案采用平层清淤,先进行库首淤泥清理,由库首至库尾方向采用分区清淤。水上清淤区采用1.6 m3反铲履带式挖掘机挖运至岸边道路后,由20 t自卸汽车运至库区支沟内的马家沟、安渠、畔沟堆泥库及大坝下游的陈则沟堆泥库。水下清淤区选用5 艘生产能力为800 m3/h的环保型绞吸式挖泥船,最大排距为3 km,每3 km设一台接力泵站。清淤工程共布设杏子河马家沟、安渠、岔路川畔沟及大坝下游杏子河陈则沟4 个堆泥库,杏子河下李家沟、岔路川白庄沟、江砭3 个堆泥场[1]。安渠堆场排泥管线共设接力泵站5 座,马家沟堆场排泥管线共设接力泵站5 座,畔沟堆场排泥管线共设接力泵站4 座,陈则沟堆场排泥管线共设接力泵站3座。设计共清淤1650 万m3,清淤直接投资7.59亿元[1]。

3 陕西省水库淤积概况

据2003 年调查,全省水库因泥沙淤积共淤损库容13.18亿m3,其中淤损兴利库容达7.51 亿m3之多,总库容淤损率34.2%,大型水库总库容淤损率最大,中型水库兴利库容淤损率次之。从地区分类来看,陕北地区水库的平均淤损率为43.9%,兴利库容的平均淤损率高达49.46%；关中地区水库的平均淤损率为25.04%,兴利库容的平均淤损率为24.37%；陕南地区水库的平均淤损率为22.06%,兴利库容平均淤损率为17.94%[2]。

4 治理淤积的对策

4.1 淤积危害

4.1.1 加速水库报废

全省水库平均以每年4100 多万m3的速度淤损,相当于每3年多即淤掉一座石头河水库。1978 年～1998 年的20 年间,损失和报废水库达573 座,其中因水毁垮坝损失水库135座、因泥沙淤积报废水库438 座（中型10 座,小型428座）,淤积报废水库占报废水库总数的76.4%,占全省水库总数的34%。另据统计,1992年～2002年全省共报废水库222座,其中陕北地区因泥沙淤积报废179座,占报废水库总数的80.6%[2]。

4.1.2 降低水库防洪能力

水库淤积使水库防洪能力大大降低,极易造成垮坝失事。由于淤积,王瑶水库按目前方式运行,2年后其防洪标准就不满足规范要求[1]。据对无定河统计,2003 年24 座中型水库中,有14 座防洪标准不满足要求,其中杨伏井、营盘山、新桥等水库防洪标准不足10 年一遇；如遇较大洪水不但发生连锁溃坝,危及下游地区的防洪安全,而且作为黄河粗沙区拦沙工程,水库群40 年来拦截的50 亿t泥沙将重新下泄入黄,大大加重三门峡和小浪底水库以及黄河下游河道的淤积,使下游悬河日益加剧,严重危及黄河两岸数千万人的生命财产安全[2]。

4.1.3 削弱水库效益发挥

泥沙淤积侵占了水库兴利库容,造成工农业及生活用水供给能力逐年降低,直接影响了水库设计效益的发挥。据测算,全省水库由于泥沙淤积每年减少蓄水量约17 亿m3。

4.1.4 占用坝址资源

新建水库单方库容投资不低于50 元,大比降山区甚至超过了100 元。据调查,新建1 座小型水库投资平均超过1 亿元。陕西省新建与淤积报废同等规模的水库需要投资400 亿元～500亿元。新建水库需要合适的坝址资源。众所周知,坝址资源涉及地质、地形、水文、经济社会发展等多种因素,具有不可再生性,并不是河流上的任何地方都可以修建大坝。据全国第一次水利普查塔基,陕西省名录内河流共1097 条,其中50 km2以上的1040 条,适合修建大坝的河流并不多。泥沙淤积不但加速了已建水库的报废,而且严重减少了适合建坝的资源,也就是说陕西省适合修建大坝的地方几乎没有了。

4.1.5 对生态环境带来不利影响

一是库区淤积改变了库区生态环境,部分重金属沉淀库内,影响水生生物的生存。二是库容被泥沙侵占,造成雨季洪水无法拦蓄白白流失,旱季因水库无水调节造成下游河道断流和生态环境恶化。

4.2 清淤方式分析

陕西省在二十世纪七八十年代开展了大量的水库排沙减淤试验研究工作。如在泾河流域开展引洪淤灌、泥沙旁引等减少入库泥沙,在陕北开展水库上游修建拦泥库、淤地坝等减缓水库淤积,在沋河水库、王家崖水库开展了机械清淤（挖泥船清淤、气力泵清淤）、小华山水库开展了虹吸排淤（水力吸泥）、黑松林水库开展了高渠拉沙（横向冲蚀）等试验研究工作；在水库调度运用方面开展了滞洪排沙、泄空冲刷、异重流排沙、基流冲刷等运用方式的研究。这些研究均取得了显著的成效,一度成为全国学习的典型。直到今天,机械清淤（挖泥船清淤、气力泵清淤）和异重流排沙一直在黄河三门峡水库、小浪底水库、千河冯家山水库应用。

上述水库清淤排沙方式,除挖泥船清淤外,均离不开水,无水则无法实施。据试验研究和实践经验,排一方沙需耗水10 m3～20 m3。但黄河流域水资源十分短缺,人均水资源1127 m3,仅为全国平均值的一半,相当于世界人均占有量的1/8。以陕西为例,在1995 年～1997 年特大干旱年间,80%的中小河流断流,不但321 座小型水库和1.65 万处池溏干枯,而且很多水库被迫由蓄清排浑运用改变为蓄洪运用。显然,水资源的严重短缺制约了水库通过水力排沙清淤。

唯一可行的就是在尽可能少损失水量的前提下,采用挖泥船、气力泵等将泥沙抽出,堆置在水库之外的区域,等泥沙脱水固结后再运输到堆泥场。王瑶水库目前水下采用这种方式清淤,分别在大坝上游支沟设置3 个堆泥库、下游设置1 个堆泥库、3 个堆泥场。位于库区的堆泥库由于其防洪标准远低于水库标准,一旦发生超标准洪水,堆泥库内的泥沙将可能下泄到库区,造成严重不良后果。下游堆泥场需要占用大量土地,虽然可以治沟造地,但由于堆场内的泥沙需要较长时间固结,复耕的周期长、土地利用效率低。

目前,南方发达地区普遍采用挖泥船清淤,经人工脱水后,分离出重金属等有害物质,将无害的泥沙加工成地砖、空心砖等建筑材料,或添加氮磷钾等将其变成有机肥料,使泥沙资源化利用,既恢复了水库库容,又少占土地,还能将泥沙变废为宝,减少常规建筑材料的使用,降低了常规建材更多加工环节产生的碳排放,实现生态清淤的效果。陕西省陕南和秦岭北麓的水库淤积物近半为砂石,可清理出来直接利用,泥沙可加工成有机肥、建材；渭河以北及陕北的水库,水库淤积物多为淤泥,含砂量极低,只能加工成建材和有机肥。全省水库淤积近14亿m3,规模大,具备资源化利用的条件。

4.3 对策

4.3.1 开展全省水库淤积调查

在2003年水库淤积调查的基础上,结合水库管理范围与保护范围划定工作,在全省开展水库淤积调查。

1）开展全省水库淤积普查。开展全省水库淤积情况调查,查清全省水库淤积量、淤积库容占比（其中,淤积物占死库容比例、占兴利库容比例、占调洪库容比例、占防洪库容比例）,淤积对水库原有灌溉、供水、发电、防洪效益的影响,淤积对上下游生态的影响。

2）开展典型案例调查。在陕北、关中、陕南分别选择若干大中小型典型水库,进一步详细调查水库淤积形态分布、淤积物的成分、水库清淤工作开展情况、淤积物资源化利用情况等。

在以上工作的基础上,查清全省水库淤积现状、清淤工作情况、淤积物资源化利用情况,形成科学详实的水库淤积及生态清淤调查报告。

4.3.2 学习先进地区经验

积极学习浙江、福建、江苏、安徽等水库生态清淤先进技术、投资模式、淤积物资源化利用等工作,为全省水库生态清淤工作的开展获取成功经验。

4.3.3 编制水库生态清淤规划

结合全省水库淤积调查和先进经验学习,编制《陕西省水库生态清淤规划》,提出全省水库生态清淤实施计划。

4.3.4 推进水库清淤政策研究

在广泛调研和调查的基础上,按照中央生态保护与高质量发展的总体要求和省委省政府的相关要求,研究制定水库生态清淤的相关政策制度,明确水库清淤的方式、范围、淤积物的资源化利用、投入与产出、涉及清淤的生态保护等政策制度,使水库生态清淤工作规范化、常态化、生态化、长效化开展。

4.3.5 制定相关技术标准

水库清淤离不开相关技术标准的支持和管控。目前,全国尚无水库清淤的相关技术标准,各地在编制水库清淤实施方案时因缺乏技术标准可循,导致实施方案内容不全面、深度无法满足目前国家生态保护与高质量发展的要求,纯粹为采砂而清淤,在一定程度上破坏了生态环境,为社会各界所诟病。因此,急需制定《水库清淤实施方案编制导则》,明确水库清淤实施方案的目的、内容、相关技术要求、相关生态保护要求等,从源头规范水库清淤实施工作。

其次,在全省水库清淤工作开展的过程中,结合陕西省水库清淤工作和先进地区经验,适时组织制定陕西省地方标准《水库清淤技术规范》,使陕西省水库清淤工作不断升华。

5 结语

水库生态清淤符合中央绿色发展和生态保护的要求,也符合习近平总书记“长江流域不搞大开发、共抓大保护”“重在保护、要在治理”“紧紧抓住水沙关系这个牛鼻子”等黄河流域生态保护和高质量发展重要讲话精神、中央关于黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要等要求,充分利用科技技术,将淤积物通过造田、制造建材、制造有机肥料等方式进行资源化利用,延长产业链,吸引社会资本投入,保护生态环境,彻底解决水库淤积问题。