黄河海勃湾水利枢纽库区淤积应对措施探讨

屈 伟，尚志强，张慧艳，尚海灵，蒋 雷

(1.黄河海勃湾水利枢纽事业发展中心，内蒙古 乌海 016000；2.内蒙古自治区水利科学研究院，呼和浩特 010052)

1 黄河海勃湾水利枢纽库区相关情况

1.1 地理位置及基本情况

黄河海勃湾水利枢纽位于黄河干流内蒙古自治区境内，下距三盛公水利枢纽87 km[1]，上距黄河石嘴山水文站约55 km、青铜峡水电站约247 km，左岸为乌兰布和沙漠，右岸为内蒙古乌海市(枢纽实景见图1)。海勃湾水库的开发任务是防凌、发电等综合利用，工程主要由土石坝、泄洪闸、电站等建筑物组成，水库正常蓄水位为1 076.00 m，死水位为1 069.00 m，设计洪水位为1 071.49 m，校核洪水位为1 073.46 m；水库总库容为4.87亿m3，回水末端终点位置距海勃湾大坝约33～36 km。电站总装机容量90 MW，年发电量为3.817亿kW/h，单机额定流量为318.2 m3/s，4台机组满发流量为1 272.8 m3/s[2]。

图1 黄河海勃湾水利枢纽实景示意

1.2 库区淤积情况

根据水利部批复的《黄河海勃湾水利枢纽工程初步设计报告》，水库设计淤积量为3 000万m3/a，运行10 a后淤积剩余库容为1.84亿m3，此后水库逐渐趋于冲淤平衡，20 a后淤积剩余库容为0.96亿m3，基本达到冲淤平衡。海勃湾水利枢纽于2013年下闸蓄水至今，水库剩余库容2.8亿m3，较设计运行10 a后淤积剩余库容多出近1亿m3，排沙清淤效果好于预期(库区水体遥感监测示意见图2)。海勃湾水库属于平原水库，水库运用水位可调幅度小，在入库含沙量较高，水流携沙量较为集中时期，严格控制运行水位，结合一定机遇的大流量洪水过程敞泄冲刷，是延缓水库於积，长期保持一定有效库容的有效手段[3]。但是“水少沙多、水沙关系不协调”是黄河复杂难治的症结[4]，随着泥沙淤积导致库区右岸流路逐年缩窄，过流能力减弱，主流逐渐偏向库区左岸流路，同时库区护岸工程主要集中在右岸布设，左岸护岸工程布设较少，左岸控制主流能力较弱，工程防守十分被动，加之海勃湾水库库区地形总体呈现“上窄下宽，上陡下缓”[5]，调节库容相对较小，近坝段地形开阔，容易淤积，排沙条件差，仅靠自然水动力排沙来恢复右岸河道的过流能力基本无法实现，需要采取清淤与生态综合治理相结合的措施解决问题。

图2 2022年6月黄河海勃湾水利枢纽库区水体遥感示意

2 黄河海勃湾水利枢纽库区清淤主要措施现状

针对黄河乌海段水沙特点和河道特性，水库泥沙的处理主要在水库调度、人工干预两方面进行了大量的研究和实践。

2.1 水库调度减缓库区淤积措施

充分借鉴了多沙河流已建水库减淤运用实践经验，结合海勃湾水库入库水沙特性、地形特点、上游青铜峡水库排沙对库区淤积影响等因素，及时修订水库《调度规程》和《排沙调度方案》。

水库上游247 km处的青铜峡水库汛期避沙峰排沙，或汛末敞泄冲刷，出库含沙量均较大，虽然经过宁夏河道沿程冲淤调整，使得进入海勃湾水库的含沙量明显减小，但仍造成入库含沙量临时性增大，而海勃湾水库的综合排沙条件较青铜峡水库差，应针对上游水库排沙情况，按照蓄清排浑、控制增量、减少存量原则，在保证防汛安全的前提下，采取在高含沙量时段降低水位排沙、精确控制流量拉沙排沙、大流量时段敞泄排沙等手段，实施调度排沙，避免造成库区的大量淤积。

2.2 人工干预减淤措施

在满足水库防凌和发电等开发任务的前提下，根据水库现状淤积情况，对库区现状淤积区域进行适度清挖。结合汛期来水情况，根据淤积平均厚度、邻主河槽岸线长度和平面位置，确定清淤位置，择机进行人工干预减淤措施，将淤积沙量倾倒主河槽，利用大流量带走淤沙，减少库区的裸露淤积面积，进一步减少淤积存量。同时，利用清淤疏浚手段能有效恢复海勃湾水库库容，实现水库淤损库容有效恢复、淤积形态优化，增强海勃湾水库调度的灵活性和调控水沙的能力，充分发挥其防凌、发电等综合功能。

3 泥沙资源综合利用

海勃湾水库运行以来，由于水流的分选作用，水库成为泥沙自动分选的最佳场所，为泥沙资源的分类开发利用提供了有利的条件。水库淤积泥沙如果能够得到合理地利用，将在一定程度上遏制水库淤积的趋势，改善泥沙淤积的部位，既是解决水库泥沙淤积问题最直接有效的途径，也是充分发挥水库功能、维持河流健康的重要举措。

黄河小浪底水库位于黄河中下游，小浪底水库泥沙淤积资源化利用研究成果比较突出[6]，为此运行管理单位多次到黄河小浪底泥沙研究中心调研，发现该中心研制成功的泥质粉细砂固结剂是一种新型的水硬性能胶凝材料，不仅有良好的抗腐性和耐久性，还可以替代传统的水泥拌制砂浆和混凝土，而且可以固结粉砂、粘土、含硫矿渣、泥碎石屑、风化砂、粉煤灰(渣)等，并且使用方法简便，根据不同施工标准，可以与砂、土等物料混合，计量加水搅拌即可使用，可以不用水泥。利用途径主要包括：施工道路路缘石和预制块，堤防工程护坡衬砌和预制块，河道防汛备防石，堤防防渗截渗墙，河道景观工程预制产品。对整治黄河海勃湾水库泥沙淤积具有一定的借鉴作用；因此，《乌海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“加强黄河海勃湾水利枢纽库区(乌海湖)及周边生态环境建设，实施清淤疏浚、滩区综合治理等重点工程，逐步完善水沙调控机制”。针对海勃湾水库库区不利的河势调整，实施右岸河道清淤疏浚，不仅有利于水库有效库容长期保持，充分发挥水库防凌和发电的兴利作用，而且可改善库区河势、提高右岸河道过流能力，减少左岸库区护岸工程出险几率，有效减缓防洪压力。同时水库清淤泥沙富含氮磷钾等有机元素，土质肥沃，不含盐碱性，有利于作物的生长，可就近充填到库区右岸的低洼地，用于放淤改土与生态重建，具有良好的社会和经济效益[7]。

另外煤炭资源开采业在乌海市工业经济中一直占有较大比重，矿产资源开发对生态环境产生一定影响，而矿区生态环境的修复需要适合植被生长的表土覆盖。矿区主要土壤分布有灰漠土和风砂土，厚0.3～1.0 m。土壤呈强碱性，pH值在9.0～10.0之间，表土层有机质含量为0.69%，土质贫瘠，肥力低下不太适宜作为治理区表土使用，矿区大面积的生态修复存在缺少合适表土的问题，可将海勃湾水库清淤与矿区生态修复治理统筹规划利用，使淤泥作为被治理山体的绿化土壤进行就地转换复绿，在减少海勃湾库区淤积的同时，可以利用淤泥质地密实、养分充足的特点解决山体植被难成活、易水土流失等问题，实现整体双赢的效果。

其次，《乌海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“提高土地节约集约利用水平。实施用地总量控制，推进工业用地空间整合，加大对城区、工业园区、农区闲置和空闲用地的整合力度，鼓励低效用地增容和深度开发”。海勃湾水库库区右岸存在大量低洼地，低洼地地面比周围低，中心部位常有积水，土壤的盐碱化程度较严重，因此不适合在此类地形中种植旱地作物，黄河泥沙是天赐的自然材料，可利用海勃湾水库清淤泥沙对库区右岸低洼地进行充填整平，通过生态修复对低洼地土壤进行改良，改善土壤质地，达到可耕种土地要求[8]。该措施可有效提升土地肥力，扩大农业用地面积，促进粮食生产，助力乌海市社会经济高质量发展，促进乌海市社会经济发展因黄河而兴。实际上，黄河泥沙资源利用的本质也可以说是从不同角度对黄河治理途径的一种创新[9]。

4 结语

在习近平总书记新时期十六字治水方针和在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话的指引下[10]，我国生态治理战略正稳步推进，为黄河泥沙资源治理和利用提供了良好契机。进一步完善以骨干水库等重大水利工程为主的水沙调控体系，优化水库运用方式和拦沙能力为统领，以乌海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标为导向，从维持黄河健康生命的战略高度，科学开展清淤与生态综合治理相结合工作，可保护改善库区水质、修复水生态、保护水环境，构建与“五位一体”发展相适应的水资源保护技术体系，成为促进黄河生态健康和经济社会可持续发展的重要基础[11]。同时依托乌海湖等风景名胜区的自然资源优势，共同形成环山环湖水系景观系统，有效改善乌兰布和沙漠、库布其沙漠、毛乌素沙地交汇区域的生态环境，提高自然生态的修复功能，将乌海市打造成“沙地绿洲，水上新城”。

综上，综合处理利用黄河泥沙[12]，开展清淤不仅能减缓海勃湾水库的淤积速率，还可进一步稳定河势并适当恢复右岸河道过流能力、增加乌海市可耕种土地面积，有利于助推乌海市区域经济社会高质量发展。同时，充分发挥水库清淤疏浚与山水林田湖草沙系统治理融合发展，更好地彰显黄河泥沙资源利用的社会经济与生态环境效益，助力乌海市经济高质量发展因黄河而兴。