水库清淤资源化利用难点及方向探索

李 伟，王 萧，范瑞朋

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

我国现有各类水库约9.8 万座，为减轻水旱灾害，满足城乡饮水安全、防洪安全、粮食安全、能源安全等起到重要作用。现有水库90%修建于20 世纪50—70 年代，经过数十年的运行，普遍存在不同程度的淤积，降低水库供水保障能力和兴利效益，削弱水库防洪功能，损害水生态环境。2012 年，水利部对山西、陕西、贵州、江西4 个典型省份水库淤积情况进行调查分析。调查显示：山西省和陕西省的水库淤积率达到34%，1978—1998 年间陕西省因淤积报废的水库达到438 座，其中中型水库达到10 座。南方水库淤积问题整体好于北方，但是多数以上的水库存在淤积问题，如江西省现有水库9793 座，其中6376 座水库存在淤积问题。

水库淤积问题已成为水利发展的“短板”之一。在水利部强调“固底板、补短板、锻长板”的基调下，解决水库淤积问题已刻不容缓。

1 水库淤积的危害

1.1 影响水库功能发挥

水库功能包括防洪功能、供水、灌溉、发电、水生态及水环境功能。①淤积造成水库进水口於堵，妨碍泄水、输水设施正常运用。②淤泥中含有大量厌氧细菌，在发酵过程中产生一些酸性或碱性物质，对大坝具有腐蚀作用。长此以往水库的根基会变得脆弱，影响大坝安全。③水库淤积后会导致大坝受力结构发生变化，不利于大坝结构稳定。④水库淤积会缩短发电设备的使用寿命，主要是因为大颗粒泥沙进入水轮机，影响水轮机的寿命。

1.2 影响水库水质及水生态环境

（1）河流泥沙大多以悬移质推进，推进过程中会吸附大量污染物，后随水流向前运动，遇到大坝时，水流流速降低，悬移质泥沙开始大量沉淀和再悬浮。在这个过程中污染物也会在水库前沉淀和再悬浮。这些潜在的污染源会持续向水中释放污染物 （铁、锰、氨氮、总氮和总磷，甚至包含重金属等有害污染物），这些释放的污染物对水质的影响是潜在、巨大的。

（2）底泥中释放的氮、磷是造成水体富营养化的关键影响因子；底泥中的厌氧细菌繁殖是造成黑臭水体的原因之一。

（3）水库淤积的泥沙本质上就是一颗不定时的化学炸弹，水库排沙时期，下游水体会产生物理和化学特性的变化，其主要变化指标是含沙量、溶解氧浓度、污染物等，排沙导致的微颗粒泥沙增多和水体溶解氧下降，会严重影响到下游鱼类等水生动植物安危。

2 传统淤泥处置存在问题

水库清淤项目的资金来源是最大的问题，传统水库清淤项目资金来源主要为政府财政支出，淤泥处置方式以传统脱水外运消纳为主。传统淤泥外运消纳存在消纳场地少、污染转移、资源浪费、双向投资等问题。

（1）消纳场地少。随着水保、环保政策的严格实施，疏挖的淤泥需消纳至固定的场地进行集中管理处置，以减少环境污染。但规划的消纳场地存在位置偏远、数量少、容量小、消纳制约因素多等问题，清淤工程实施过程中，常常面临着无场可消或运输距离远的问题，消纳场地成为制约清淤工程实施的重要因素，同时也增加清淤成本。以已实施完成的北京市南沙河清淤工程为例，最近的淤泥消纳场距离清淤场地50 km 左右，造成清淤单价达200 元/m3，运输成本成为影响清淤工程的因素之一。

（2）污染转移。经过多年沉淀，水库底泥中往往包含一定的污染物。以洋河水库水生态修复工程为例，洋河水库内的沉积物存在重金属污染、氨氮超标等问题。清淤上岸的淤泥内存在污染物，即使运送至消纳场地，也相当于一种污染转移。

（3）资源浪费：淤泥是一种资源，淤泥的资源化利用是“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的重要途径。例如，淤泥中存在的砂石，经回收后可作为建筑用砂利用；产生的淤泥经处理后可用于堆肥、绿化土、矿坑修复、高标准农田、制作免烧砖等。

（4）双向投资：清淤本身需要产生的费用，淤泥运输、处置、消纳、环境保护、水土保持、占地移民等环节同样需要产生费用，这样对项目的投资影响很大。

3 资源化利用优势及存在问题

3.1 资源化利用优势

相比传统的处置方式，淤泥资源化利用优势巨大，是我国未来发展的方向。根据已实施完成、正在实施的水库清淤工程（如表1），长荡湖、玄武湖、恒山水库、南沙河、宿鸭湖水库、山夹岙水库传统淤泥外运消纳单方造价在73～200 元不等，资金来源全部为财政支出为主；而使用淤积资源化利用的工程以洋河水库为例，清淤单方造价约67 元。同时，资源化利用产生的收益可完全用于清淤施工，且可产生一定的额外收益。

表1 淤泥处置方案比选

3.2 资源化利用存在问题

以某水库清淤工程为例，说明资源化存在问题：

（1）技术问题。某水库清淤物内泥沙占比约94%；某水库内部分区域存在重金属污染、营养盐污染及存在较为严重的氟化物污染。在清淤过程中如何减少对水体的扰动、尽量避免因淤泥扰动造成水库上覆水体的污染是清淤的难点之一；资源化利用过程中如何实现泥沙分离、淤泥固化，使回收的砂石满足建筑用砂标准是资源化的难点之一。

（2）市场问题。水库清淤总量812 万m3，工期为2年，产生建筑用砂约1246 万t，产生泥饼约273 万t。项目周期短，短时间产生的淤泥量大，产生的资源化产品难以与本地市场需求进行同步匹配，需积极开拓周边建设需求体量大的市场。

（3）运输问题。短时间销售资源化利用产品，需对接外地目标市场，公路运输不适宜进行大批量、长距离运输，需积极对接铁路运输单位，采用铁路+陆运相结合的方式进行运输。

（4）启动资金问题。资源化产品收益可用于平衡清淤工程投资，但在未产生收益前需投入大量资金，包括清淤费用、移民占地投资、淤泥处置设备投入、资源化场地建设等，这部分投入较大，前期需通过融资的方式解决。

4 资源化问题解决途径

2021 年11 月10 日，国务院办公厅发布的《关于鼓励和支持社会资本参与生态保护修复的意见》（国办发［2021］40 号）中提出：鼓励和支持社会资本参与生态保护修复项目投资、设计、修复、管护等全过程，围绕生态保护修复开展生态产品开发产品开发、产业发展、科技创新、技术服务等活动，对区域生态保护修复进行全生命周期运营管护。该文件的颁布为水库清淤资源化利用指明道路，可通过引入社会资本方的形式解决资源化利用中的技术问题、市场问题、运输问题及启动资金的问题。

以某水库清淤工程为例，水库清淤工程采用政企合作的模式，引进一家专业环保行业的投资运营商。该社会资本方具有丰富的污水处理技术与经验，可解决洋河水库清淤过程中重金属污染、营养盐污染及氟化物污染等问题；该资本方拥有源自德国的先进底泥资源化技术，在全球范围内拥有数十座大型底泥资源化处理厂，可在节省成本的基础上解决泥沙分离及淤泥固化等问题；该社会资本方与国铁系统有深厚扎实的合作基础，全国范围内与中建、中铁等大型施工单位有长期合作，通过铁路将资源化产品运送至北京、雄安等市场进行销售，同时可与中建、中铁等大型施工单位签订相关协议，保证资源化产品的收益，解决资源化产品运输与市场问题。

政府在该过程中严格落实监管责任，履行监管职责，严格按照河道整治方案组织施工，严控弃砂利用总量，严防私挖乱采，确保工程合法合规。

5 结语

（1）水库泥沙淤积防治是一项需长期研究的技术问题，关系到水库运行安全及综合经济效益的发挥。水库淤积防治不仅依赖于各种清淤技术的进步，更依赖于建立良好的运转体制，用需求推动研发，动员全社会力量参与，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，实现水库淤积治理的可持续发展。

（2）当前资源化利用产品比较单一，能产生收益的产品还是以砂为主。社会资本方更多的关注短期效益，易将一个清淤项目做成采砂项目。要解决这个问题，政府要加强监管的同时，可通过与相关高校及科研机构合作，结合水库地域特征，研发高附加值的资源化产品，推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。