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“减脂”,还水库健康生命——河南河务局副总工程师耿明全谈水库清淤

神州心水论坛:2018年05月19日 08:58:00

本站记者  王静琳

  库容即水库容积,是表征水库蓄水规模的主要指标。一般库容越大,水库的防洪、发电、灌溉、发展水产养殖等综合利用价值越高。

  在实际运用中,很多水库往往会因泥沙淤积导致库容逐渐减小,甚至失去兴利能力。尤其在多沙河流上修建的水库,更易被泥沙问题困扰。比如,宏大的三门峡水库,仅仅运用3年多时间,就曾经差点被泥沙“吞噬”掉,期间经过两次重大改建和3次运行方式的调整,才得以保留兴利能力。像人类一样,罹患“肥胖症”的水库只有“减脂”,方能保持健康生命。

  河南河务局副总工程师耿明全在多沙河流水库减淤方面多有研究和思考,近日,他结合自己的研究成果,畅谈了对水库淤积的认识和解决之道。

  记  者:我国水库的淤积现状如何?

  耿明全:根据有关资料显示,自中华人民共和国成立起到1978年底,我国共修建了8万多座大中小型水库(台湾省暂未计入),总库容3950亿立方米,这些工程在防洪、发电、灌溉、供水等方面发挥了重大作用。但由于不少河流含沙量较高、输沙量较大,水库淤积问题异常严重,截至1980年,全国水库总淤积量已达110多亿立方米,平均每年淤积10亿立方米,年淤积率高达2.3%,排在世界第一位(日本为1%,美国为0.7%,印度为0.7%,阿尔及利亚为1.2%)。

  韩其为院士在1990~1992年对黄河流域进行全流域水库泥沙淤积调查后得出:截至1989年,全流域共有小Ⅰ型以上水库601座,总库容522.5亿立方米,已淤损库容109亿立方米,占总库容的21%。其中,干流水库淤积79.9亿立方米,占其总库容的19%;支流水库淤积29.1亿立方米,占其总库容的26%。

  2012年,水利部组织对山西、陕西两个典型省份水库淤积情况进行了调查分析。经统计,山西省有水库31座,总库容47.65亿立方米,淤积库容约16.20亿立方米,淤积率34%;陕西省有水库1019座,总库容40.43亿立方米,淤积库容约13.75亿立方米,淤积率34%,每年减少蓄水17亿立方米,陕北地区1992~2002年因淤积报废水库179座。

  记  者:我国水库淤积如此严重,清淤规模、难度都很大,您为什么还大力倡导进行水库清淤?

  耿明全:水库清淤既是延长水库使用寿命的需要,也是新时代发展绿色循环经济的需要。

  因为随着经济社会的发展,人类对河流的开发和利用需求越来越大,但适宜修建水库的坝址越来越少,满足不了社会发展对水资源开发利用的要求;同时,新修水库对周围环境和生态的负面影响,以及国家对生态保护的加强也在很大程度上限制了新修水库。所以,对现有水库进行清淤和功能性修复就显得尤为迫切和必要。

  另外,近年来水土保持取得了长足进展和显著效果,2000年以来,进入潼关水文站的年沙量仅仅2003年大于5亿吨,其他大部分年份为2~4亿吨,个别年份不足1亿吨,进入水库的泥沙数量明显减少。加之泥沙资源化利用和淤填造地的不断推进,这为开展水库清淤创造了良好条件。

  记  者:在水库清淤过程中,是否会影响到水库的正常运用?

  耿明全:过去水库清淤减淤大都是利用降低水库蓄水位、溯源冲刷坝前河床淤积泥沙的方式进行,甚至有时排空水库进行清淤和减淤,严重浪费水资源和影响水库正常运用,这也是众多水库不能及时开展清淤减淤工作的主要原因。

  因此,顺利开展水库清淤的前提条件,就是要尽可能维持现有坝工建筑物的完整和正常运用。

  另外,水库清淤还要遵循几个原则:一是尽可能利用天然的力量进行清淤。自然排沙成本低、数量大、用时少,但缺点是水资源利用率低,发生条件苛刻,运用受到很多方面限制。三门峡水库汛前小水拉沙和小浪底水库调水调沙人工塑造异重流都是利用自然力量排沙的例子。

  二是人工清淤必不可少。水库蓄水、获取水能造成水库必然淤积,依据能量损耗和守恒原理,沉降固结后的库区泥沙是不可能被水库自然泄水全部启动和排出库外的。对冲刷边沿、水流缓慢区域沉积的泥沙,只能辅以外加机械助力进行清淤出库。

  三是人工清淤必须注重环境和生态保护。要安置好出库后的泥沙,不能造成环境和生态破坏,也不能造成下游水库或河道淤积。对于不能排泄到下游河道的泥沙,采取资源化利用的途径进行处置,既能增加收入,也能抵消和降低水库清淤成本;堆沙场地要注意加强保护,不能造成风沙和扬尘,不能占用、破坏现有排洪通道、土地等;节约水资源,不能造成水资源的过多耗用或浪费。

  记  者:以现有技术,能否做到水库清淤施工与水库正常运用两不误?

  耿明全:随着大水深水下清淤设备的研制成功,以及清淤控制技术的进步,我们完全能够做到水库清淤减淤施工与水库正常运用两不误。

  近年来,我们通过研究,在施工期选定、深水抽沙泵和水库深水抽沙平台研制,水库排沙管道与过坝技术,以及包括水库防渗体保护、管道防淤堵、抽沙船和输沙管道库区固定及移动、风浪技术等内容的库区抽淤排泥安全生产关键技术等方面,都取得了丰硕成果和相关专利,并在黄河小浪底库区进行了现场中间性试验。

  除此之外,我们还研究了如何利用自然力量实现水库可持续排沙减淤的方法和措施。高含沙水流进入库区,受库区蓄水顶托和过流断面扩大影响,泥沙很快就发生沉降落淤,或由悬移质转化为河床推移质向坝前蠕动,但推移距离不远就又可能沉积下来,只有在水库超低水位或泄空敞泄情况下才能有效地将入库高含沙水流顺利排泄出库。根据这个库区高含沙水流输移规律,我们开展了针对性研究,提出在库区适宜位置修建拦沙、集沙潜坝和水下输沙管道,将现有水库改造为两库——清水水库和浑水水库,清水水库供水、发电并从库底管道排沙;浑水水库进行高低含沙水体分流、塑造浑水水库泄空排沙情景,实现入库泥沙高效排泄出库。该项成果获得两项发明专利和多项实用新型专利。

  记  者:水库清淤面临的一个大问题就是清出来的巨量泥沙怎么处置,处置不好会给周边环境带来负面影响,有较好的解决办法吗?

  耿明全:最好的解决方案是就地资源化利用或出售,创造新的效益,摊销和降低水库清淤成本。为此,我们开展了专题性研究和调研,取得了丰富成果。

  掌握了泥沙水力高效分选相关技术并取得专利。通过调研得知,经过筛分后的高品质泥沙有较高的附加值,其中,型沙(铸造、模具用沙)、自流平沙(地面铺装用沙)价值高达1000~2000元每吨;粗放去除杂质的建筑材料用沙100~140元每吨,制砖用沙60~80元每吨。因此,随着国家环保力度的加大,对开山、河道采沙的禁止,这个市场前景非常广阔。

  掌握了淤填造地相关技术。细颗粒泥沙最多的应用是填沟造地,河南河务局有成功案例——温孟滩移民安置区、黄河大堤淤背区。温孟滩移民安置区是通过挖泥船河道挖沙、远距离输沙、格田放淤、黏土盖淤等工艺和技术,利用黄河泥沙淤填、改良出7万余亩基本农田,安置了4万多水库移民,创造了中国目前最为成功、成本最低的移民安置先例;放淤固堤加固了上千千米黄河大堤,淤筑了10余万亩淤背区,黄河淤背区种植开发成为黄河基层水管单位重要的经济收入来源。

  随着国家经济发展和社会进步,对土地的需求越来越强烈,为此国家出台了造地、平整土地扶植和补助相关政策,在经济发达地区,土地指标认购价高达每亩30万元左右,利用水库清淤、分选出的细颗粒泥沙进行填沟造地,市场前景十分广阔。如果再结合土坝体培厚加固,则这个泥沙处置方案就更加可行和价值非凡。

  记  者:水库泥沙资源化利用的一个关键环节是远距离输送,您在这方面开展了哪些研究?

  耿明全:水库清淤挖出的泥沙可能需要输送到几十千米甚至上百千米以外的区域进行处置,我们通过研究和实践,掌握了超远距离高含沙水流输送参数选定、设备选择、场地布置等方案设计,采砂船和加压泵远程和现地自动化控制和安全运行监视,高效、稳定输沙及其管道防淤堵等施工技术和工艺。

  记  者:您认为水库清淤的前景如何?

  耿明全:水库清淤减淤技术可行、需求旺盛,是符合“美丽中国”建设要求的绿色产业,我对其前景充满信心。

  从技术层面看,根据国内外水库淤积和排沙情况调研,多沙河流水库单纯利用异重流排沙数量有限,利用短期低水位、深孔泄洪拉沙造成水流溯源冲刷也仅能使坝前有限距离、一定高程范围的淤沙出库,冲刷漏斗范围外泥沙和干支流交汇处支流拦门沙必须实施机械干预或工程措施方可解决;借鉴抽水蓄能原理进行水库清淤,与修建抽水蓄能电站、修建淤地坝等相比,具有投资省、见效快、干扰因素小,以及促进河道冲刷、节约输沙水量、优化配置水资源等很多优点,是进行多沙河流水库蓄水功能修复、延长水库寿命的最佳方式。

  从国家层面看,党中央提出了“五位一体”发展的总体布局,将对包括大江大河治理和水土流失治理在内的生态环境建设进行前所未有的战略规划和公共投入,借鉴发达国家和地区公共投资基金债券化等投入模式,将国家财政投入、地方政府投资、民间投资、金融机构贷款等多元投资有效组合,形成有限公司投资机制,一定能形成一种切实可行的淤积水库清淤减淤和功能修复新模式,让众多淤积水库焕发青春活力,造福于社会和区域人民。

  记者:我们了解到,水库清淤减淤这项事业发展并不顺利,其制约因素是什么?

  耿明全:推进这项事业,技术和资金都不是最大问题,我们研究的相关技术成果也不是多么的“高大上”,技术和成果简便、通俗,具有很强的可推广性和复制性,民间有识之士和企业家非常看好这一类项目,他们非常愿意在这方面进行投资。

  但因为受传统思想的影响,目前存在的问题是管理层和决策者热衷于投资修建新项目,认为开疆破土、建立新资产影响大、成效显著,哪怕是需要勘查测量、设计、施工的漫长建设过程。虽然水库清淤具有快速见效、投资回收期短等优势,但属于历史遗留问题和自然现象,相当一部分现任管理者认为节能挖潜是小打小闹作为,对水库清淤认识不到位、关注度不高、兴趣不大。再就是体制上的“重建轻管”原因,新建项目容易立项和安排拨款,而对于现有工程的保质和增效不置可否、态度暧昧,影响了多沙河流水库清淤减淤新兴产业的启动和发展。


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