水庫清淤的必要性與可行性分析

任 崗,張文芳

(1.上虞市水利局,浙江 上虞 312300;2.上虞市東進閘管理所,浙江 上虞 312369)

1 問題的提出

水庫具有防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用功能,在經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護方面有著不可替代的重要地位。我國現(xiàn)有的水庫多數(shù)是在20世紀50—70年代投資興建,缺乏有效的排沙設(shè)計,一些地區(qū)水土流失嚴重,河流含沙量大,加之水庫管理不善,經(jīng)多年運行之后已普遍出現(xiàn)泥沙淤積現(xiàn)象,嚴重削減了水庫的有效庫容,影響水庫效益正常發(fā)揮,甚至影響到水庫運行。部分水庫泥沙淤積相當嚴重已處于報廢狀況,而不少報廢的水庫由于沒有新庫可替代仍在使用。水庫淤積所損失的不僅是庫容,更浪費了建造水庫良好的壩址。迄今為止我國比較適合建造水庫的壩址已經(jīng)不多,再選擇新的壩址往往要淹沒大量優(yōu)質(zhì)農(nóng)田或需要大量移民,成本巨大且容易成為社會不穩(wěn)定因素。

目前在全國范圍內(nèi)對水庫的關(guān)注主要還只側(cè)重于開展大規(guī)模的病險水庫除險加固工作,水庫管理單位沒有用于水庫維修養(yǎng)護的專項資金,更沒有水庫清淤專項資金,因此對淤積水庫的研究和實施清淤以延長水庫使用壽命應(yīng)該是下一階段的一項重要工作。

2 水庫淤積成因及形態(tài)[1-2]

水庫淤積是一種自然現(xiàn)象,河水中挾帶的泥沙在庫內(nèi)沉淀,即為水庫淤積。挾沙水流進入庫內(nèi)后,隨著過水斷面逐漸擴大,流速和挾沙能力沿程遞減,泥沙將由粗到細地沉積于庫底,造成水庫淤積。水庫淤積不僅與河流含沙量有關(guān),還與水工建筑物自身結(jié)構(gòu)和排沙設(shè)計有關(guān)。我國現(xiàn)有水庫大部分是修建于20世紀大躍進、文革和農(nóng)業(yè)學大寨時期,限于當時的技術(shù)和經(jīng)濟條件,對泥沙淤積分析計算及淤積過程的研究十分匱乏,水庫設(shè)計標準普遍偏低,對排沙設(shè)計考慮不足甚至缺乏有效的排沙設(shè)計。

水庫淤積的分布形態(tài)受入庫流量、含沙量、泥沙組成、庫區(qū)形態(tài)、水庫調(diào)度和泄流建筑物體型等因素影響。多沙河流上水位變幅較小的湖泊型水庫,泥沙易于在庫尾集中淤積形成類似于河口處的 “三角洲”,并且隨著淤積的發(fā)展,“三角洲”逐年向壩前靠近。含沙量少水位變幅大的河道型水庫,多形成沿庫床比較均勻的帶狀淤積。多沙河流上庫容及雍水相對較小的中小型水庫,洪水期間庫內(nèi)仍有一定的流速,泥沙被挾帶到壩前落淤,形成下大上小的錐體淤積,并逐漸向上游方向發(fā)展。

3 泥沙淤積對水庫的影響

水庫淤積特別是“三角洲”淤積,實際上侵占了水庫的調(diào)節(jié)庫容,從而降低了水庫的綜合利用效益;淤積末端上延,抬高回水位,增加水庫淹沒、浸沒損失;變動回水易使寬淺河段主流擺動或位移。帶狀淤積將使河床整體抬高,減少了水庫的有效庫容,影響水庫效益的發(fā)揮。壩前堆淤特別是錐體淤積,將增加作用于水工建筑物上的泥沙壓力,影響壩體的抗滑穩(wěn)定,且有礙于取水口正常運行,常造成取水口堵塞。同時使進入電站的水流中含沙量增加而加劇對過水建筑物和水輪機的磨損,影響建筑物和設(shè)備的效率和壽命。另外,隨著泥沙淤積,某些化學物質(zhì)沉淀,將污染水質(zhì),水質(zhì)的富營養(yǎng)化,并影響水生生物的生長。

4 水庫清淤的必要性

我國現(xiàn)有的水庫多數(shù)缺乏有效的排沙設(shè)計,經(jīng)過多年運行后現(xiàn)已普遍存在泥沙淤積現(xiàn)象,嚴重削減了水庫的有效庫容,導致防洪、灌溉、供水、發(fā)電等效益也隨之降低,特別是近年來天氣異常,全國大面積的持續(xù)干旱和暴雨洪災影響下,水庫淤積對水庫功能的正常發(fā)揮影響十分巨大。

水庫淤積所侵占的不只是庫容,還有浪費了建造水庫最寶貴的資源—良好的壩址。目前我國人煙稀少、水源充足的山間盆地多半已修建了水庫,今后規(guī)劃新建的水庫不可避免地會遇到移民多和占用大量優(yōu)質(zhì)土地等問題,且地形地貌的選擇也凸顯狹隘。新建水庫若計算所占用土地、移民補償?shù)仍趦?nèi),其實際成本遠大于對現(xiàn)有水庫的清淤再利用。這種情況下,應(yīng)用已有的科學技術(shù)手段和工程裝備條件,實施水庫清淤工程,挖掘水庫蓄水潛力,充分發(fā)揮現(xiàn)有水庫的功能,延長現(xiàn)有水庫的使用壽命,是十分必要的。

5 水庫清淤的可行性

我國對水庫淤積的研究開展較早,已取得一定成果,基本具備必需的技術(shù)設(shè)備和方法。由于水庫淤積情況不盡相同,要進行清淤就必須逐一對淤積水庫的具體情況進行調(diào)查研究,不同的淤積情況采取不同的清淤設(shè)備和方法。國內(nèi)部分大、中水庫多利用絞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、氣力泵和水力吸泥設(shè)備進行清淤;小型水庫則是結(jié)合除險加固用推土機、挖掘機等進行機械挖掘清淤。不同清淤設(shè)備的作業(yè)水深、清除雜物能力各不相同。

實施水庫清淤工程能有效恢復庫容,技術(shù)上可行,相對成本也較低。清淤恢復庫容的成本低于新建水庫成本,其優(yōu)勢在于不占用耕地、不產(chǎn)生移民,不損耗建材。清淤改善了水庫水質(zhì),清出的淤積泥沙可用來制作有機肥、改良土壤和填土造田,可用作制磚或建筑用沙,實現(xiàn)淤積泥沙的資源化產(chǎn)業(yè)化利用,“變廢為寶”降低了清淤成本。另外將壩前淤積泥沙導入下游河道,“蓄清排渾”減少下游河道因過度采沙造成的河床下切危害。因此,水庫清淤在技術(shù)上可行的、在經(jīng)濟上是合理的,對保護下游河床是有利的。

6 水庫清淤成功案例

近幾年,一些省市已經(jīng)開展了水庫清淤試點,例如廣東省將科學研究與試點工程緊密結(jié)合,清淤與淤積泥沙資源化利用互相促進;杭州市余杭區(qū)結(jié)合水庫除險加固工作開展水庫清淤,提高了效率,降低了成本;廈門市以恢復庫容和改善水質(zhì)為目標,結(jié)合周邊環(huán)境綜合整治開展清淤工作等積累了寶貴經(jīng)驗。

廣東省深圳市石巖水庫總庫容3 082萬m3,是深圳市城市供水網(wǎng)絡(luò)重要的調(diào)蓄和供水水庫。該庫建庫45 a來從未進行過清淤工作,庫底淤積導致庫容減少。到了2004年,水庫水質(zhì)嚴重惡化,以至于威脅到深圳的城市供水安全。2005年1月,廣東省政協(xié)九屆三次會議上,民進廣東省委會向大會提交了 《關(guān)于實施水庫清淤工程促進水資源可持續(xù)利用的建議》的提案。提案中指出,廣東現(xiàn)有水庫的淤積情況相當嚴重,有效庫容一般削減20%～40%,水庫淤積導致水庫防洪抗旱能力及綜合效益降低。因此建議省政府根據(jù)廣東的實際情況,在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,組織實施水庫清淤工程,全面推進水庫清淤工作;并積極創(chuàng)造條件,鼓勵扶持清淤裝備業(yè)、工程施工、淤積泥沙利用等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為了將提案落到實處,廣東省水利廳選擇深圳石巖水庫和梅州合水水庫進行清淤試點,石巖水庫清淤工程投資3 947萬元,恢復庫容150多萬m3,水質(zhì)得到了很大改善。

在杭州市余杭區(qū),區(qū)內(nèi)有小 (2)型以上水庫27座,其中中型水庫1座,小(1)型水庫5座,小(2)型水庫21座。余杭區(qū)在進行除險加固的同時,撥出?？铋_展清淤工作,利用水庫庫區(qū)放空的有利條件,采取機械挖掘及泥漿泵沖淤等方法進行庫底清淤,通過清淤恢復、增加了1 000多萬m3庫容,相當于新建一個中型水庫。

廈門市湖邊水庫由于淤積產(chǎn)生的嚴重污染,從2003年起就喪失了作為水源水庫的功能,2006年9月,廈門市委、市政府批準了湖邊水庫綜合整治與開發(fā)建設(shè)項目的方案,并成立綜合整治與開發(fā)建設(shè)工程指揮部,經(jīng)過2 a多的不懈努力,通過清淤、截污箱涵和護岸建設(shè)、補水調(diào)水等綜合整治措施,湖邊水庫 “舊貌換新顏”,庫容大大增加,根除了污染源,真正為老百姓辦了好事實事。

7 實施水庫清淤工作的措施和建議

如前所述,水庫淤積是一種自然現(xiàn)象,水庫在運行過程中無法避免水庫淤積,只能采取一系列防淤、減淤措施,減輕水庫的淤積。首先要建立各個水庫的淤積檔案,定期不定期實施庫容測量,比照建庫時的測量資料,分析淤積成因和淤積量,建立水庫的淤積檔案;其次在分析基礎(chǔ)上,從源頭上控制水庫的淤積問題,如搞好水庫集水范圍內(nèi)的水土治理,在上游來沙較多的支流上修建淤地壩攔泥攔沙,使清水入庫,泥沙滯留造田等措施;第三落實水庫管理專項資金,其中必須明確用于水庫清淤的資金數(shù)額,實施“保庫清源”工程,確保清淤工作有序開展;第四將水庫清淤工作作為水庫管理考核的重要內(nèi)容和指標,落實管理和考核責任。

8 結(jié) 語

綜上所述,開展水庫清淤工程已基本具備必需的技術(shù)設(shè)備和方法,相關(guān)省市也積累了一定的清淤技術(shù)和經(jīng)驗。

將水庫清淤與除險加固工程相結(jié)合,以降低清淤成本。同時水利部有關(guān)部門應(yīng)對如何防治和減緩水庫淤積問題加強研究,以促進水資源可的持續(xù)利用。實施水庫清淤工程意義重大,將為應(yīng)對旱澇災害、改善民生、促進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。

[1]詹道江,葉守澤.工程水文學 [M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[2]周之豪.水利水能規(guī)劃[M].北京:中國水利水電出版社,2000.