渭河流域典型水庫可持續(xù)利用技術淺析

劉鐵龍

（陜西省江河水庫管理局 陜西 西安 710018）

1 前言

我國已建成的水庫有8.7萬多座，在防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運等方面發(fā)揮了巨大的作用，為社會經(jīng)濟穩(wěn)定的發(fā)展奠定了基礎。同時，我國也是世界上水庫淤積最為嚴重的國家，近30年來因泥沙淤積報廢的水庫已超過2000座，水庫泥沙淤積減少了水庫的調(diào)節(jié)庫容，降低了水庫調(diào)節(jié)水資源的能力，是當前水庫管理面臨的主要問題，已成為危及水庫可持續(xù)利用的主要原因，導致水庫的興利、防洪等能力銳減直至消失，一些淤廢水庫甚至存在發(fā)生垮壩等重大災害的威脅，許多水庫的淤積量均超過總庫容的一半以上，大大制約了水庫效能的發(fā)揮，有的甚至失去應有的作用。因此，高效合理地清除水庫淤積泥沙是非常必要的，也是一個重要的研究命題。

陜西省渭河流域屬于資源性缺水地區(qū)，水資源時空分布不均，全年70%的徑流量集中在汛期而難以利用。流域蓄水工程少，調(diào)蓄能力差，僅有馮家山水庫、石頭河水庫、羊毛灣水庫、黑河水庫4座大型水庫，流域26座大、中型水庫中，除馮家山、羊毛灣水庫為多年調(diào)節(jié)，其余水庫均為年調(diào)節(jié)水庫，蓄滯洪能力不足，洪水資源化利用率低。加之流域來水含沙量高，導致水庫淤積嚴重，削減了其供水能力，加劇了流域水資源供需矛盾。據(jù)測算，陜西省全省水庫年均總淤積量超過4000萬m3，目前渭河流域水庫已淤庫容占其總庫容的20%以上。有效減輕流域水庫淤積對發(fā)揮水庫效能、緩解流域水資源緊缺矛盾、促進水資源可持續(xù)利用至關重要而緊迫。為此，我們對陜西省渭河流域中小型水庫淤積現(xiàn)狀及可持續(xù)利用技術進行了調(diào)研分析，先后對王家崖水庫、黑松林水庫、沋河水庫、小華山水庫進行實地考察，搜集了部分水庫運行管理第一手資料，掌握了渭河流域典型水庫現(xiàn)有水力排沙、水庫機械清淤的泥沙處理方法，為更好地開展水庫的可持續(xù)利用技術研究提供科研基礎。

2 典型水庫(工程)可持續(xù)利用技術淺析

2.1 王家崖水庫

王家崖水庫位于渭河支流千河下游，1971年投入運用，以灌溉為主,兼有防洪、養(yǎng)殖功能，總庫容9420萬m3，是寶雞峽灌區(qū)渠庫結合工程之一。目前水庫庫容4506萬m3，淤損率近50%，平均每年減少庫容160 萬 m3。

（1）1978年～1984年，開展氣力泵清淤試驗研究。年清淤能力可達13萬t左右，排渾距離最遠達221m，排沙成本為0.85元/m3左右（按1994年物價核算）。氣力泵清淤可作為排水灌溉服務的水庫綜合排沙措施之一，也可適用于水庫底孔、放水洞口、水庫泵站壓力管口淤堵的處理，但其具有成本較高，且清淤量受到一定限制等缺點。

（2）1987年提出了“滯洪排沙、泄空沖刷、基流沖刷和橫向沖蝕相結合，為異重流排沙創(chuàng)造條件，以達到主槽沖淤平衡”的長期治理方案。1989年1月開展泄空沖刷試驗沖掉了放水洞周圍約1萬m3泥沙，1992年8月開展了異重流排沙試驗，平均出庫含沙量1236 kg/m3，35小時共排沙15.6萬t，排沙效果較好。泄空排沙既可以在汛期進行，也可以在非汛期進行，特別是若在汛期期間、洪水期之前或之后進行，沖沙效果更好。泄空沖沙比較適合小水庫，因為小水庫的大部分淤積泥沙靠近水壩或在較窄的溝道內(nèi)，通過放空沖沙，可能在幾周內(nèi)沖走大量泥沙。

（3）2013年開展水庫排沙減淤和生態(tài)清理探索研究。2013年初與福建省大尹投資有限公司合作，采用鏈斗式挖泥船在庫區(qū)距壩軸線4km以上至庫尾的馬道口村段開展挖沙試驗；2013年5月，與寶雞市澤成清淤有限公司合作，采用環(huán)保絞吸式挖泥船在庫區(qū)六川河支溝開展清淤試驗作業(yè)；在泥沙利用方面，福建大尹投資有限公司計劃建設淤泥燒結空心磚生產(chǎn)線2條，設計生產(chǎn)能力為日處理淤泥1600t，年產(chǎn)淤泥可燒結空心磚3億塊。這種用淤積物制造建材的疏浚清淤方法降低了疏浚成本，同時也回復了水庫庫容。

2.2 黑松林水庫

黑松林水庫位于渭河二級支流冶峪河上，1959年投入運用，以防洪為主兼顧灌溉功能，總庫容1430萬m3，水庫淤積問題十分突出，從1959年5月～1962年6月，水庫運用僅3年，庫內(nèi)淤積泥沙達162萬m3，損失庫容19%。黑松林水庫可持續(xù)利用技術包括“蓄清排渾”、“高渠拉沙”和“引渾淤灌”三個環(huán)節(jié)：對入庫洪水挾帶泥沙，采取“蓄清排渾”進行調(diào)度，排沙出庫；對沉積在灘庫容內(nèi)的泥沙，利用“高渠拉沙”予以清除；對排出水庫的泥沙，通過“引渾淤灌”充分利用，構成一套排沙、清淤、用沙為一體的水庫可持續(xù)利用系統(tǒng)技術。

“高渠拉沙”（圖1）利用淤積嚴重水庫所特有的高灘深槽型態(tài)，依靠重力侵蝕和水力沖刷作用對淤灘進行破離和輸移，具有費省效宏、操作簡便、實用性強、不需要機械動力設備的特點，能擴大長期使用庫容，提高水庫在終極情況下的徑流調(diào)節(jié)能力。

自1979年以來，黑松林水庫實施“高渠拉沙”（圖2），1979年9月～1995年3月期間，黑松林水庫正常高水位以下庫容一直保持在520萬m3左右，實現(xiàn)了多年沖淤平衡。黑松林水庫1980年利用高渠沖沙方式清淤40天，恢復庫容11.0萬m3，其成本僅為0.028元/m3。

圖1 高渠拉沙示意圖

圖2 黑松林水庫“高渠拉沙”渠道

2.3 沋河水庫

沋河水庫位于渭河一級支流沋河中游，1963年投入運用，以城市供水、農(nóng)田灌溉為主兼顧防洪功能，總庫容3028.48萬m3。水庫多年平均輸沙量為58萬t，來水來沙集中在主汛期，自1960年12月大壩截流蓄水到1991年4月，水庫共淤積1150萬m3，有效庫容下降到367.3萬m3。

1965 年汛期開始異重流排沙實驗，涵洞進口高程比河底高9米，效果較差；1978年6月水力吸泥裝置正式運行，到1986年底累計運行449天，排沙42萬t，水力吸泥清淤緩解了沋河水庫淤積問題，但存在范圍小、見效慢的局限性，水庫淤積仍在加劇。

1993年7 月，沋河水庫排沙底洞建成，1993年7月～1994年8月，進行了基流沖刷、人造洪峰沖刷、高渠拉沙清淤實驗，排沙底洞沖刷淤積量為35.47萬m3，18.5萬m3的進庫泥沙直接排出庫外，在排沙底洞前形成了一條過流量100m3/s的導流槽。自2000年至2012年，共來沙36.65萬t，經(jīng)排沙底洞排沙16.42萬t，減緩了水庫泥沙淤積。

2.4 小華山水庫

小華山水庫位于渭河南山支流遇仙河支流金堆峪河上，1959年投入運用，以灌溉為主兼顧防洪功能，總庫容176.8萬m3，控制流域面積17.5km2，至1976年有效庫容僅為55.0萬m3，為原有效庫容的51.7%，嚴重影響灌區(qū)農(nóng)作物的用水。1977年大壩加高3m，溢流壩加高2.8m，暫時滿足灌區(qū)用水要求。

面對日益嚴重的水庫淤積，從1978年開始，采取水力吸泥裝置及異重流等措施處理庫區(qū)淤沙。1985年小華山水庫水力吸泥清淤年排沙量11萬t，滿足了小華山水庫的“當年清”，而且也滿足了逐步恢復淤廢的52萬m3庫容的要求。

3 存在的主要問題

（1）水庫“測管研”聯(lián)動缺失

水庫大多基本資料陳舊（大部分都為2000年以前），缺乏開展科研項目的相關資料，與水庫防洪減淤相關的水文監(jiān)測工作開展較少；水庫管理部門更多關注水庫淤積狀況及臨時處理辦法，缺乏對水庫基本數(shù)據(jù)量測和對水庫問題采用科研手段解決的思路；同時，科研部門在水庫可持續(xù)利用技術方面的研究工作滯后于水庫本身的發(fā)展，導致中小水庫“測管研”聯(lián)動缺失。

（2）水庫管理維護薄弱

水庫普遍存在著工程設計標準較低，工程設施普遍存在老化和損壞，缺乏必要的維護管理，沒有專門針對水庫清淤及泥沙利用的管理部門及相關制度，許多水庫長期缺乏必要的維護管理及泥沙處理經(jīng)費等問題，影響了工程的安全運行和經(jīng)濟效益的發(fā)揮。

（3）水庫可持續(xù)利用技術篩選及推廣不夠

隨著科技的高速發(fā)展，多級排沙洞排沙、自吸式管道排沙、泄空排沙、異重流排沙、機械清淤等水庫可持續(xù)利用技術逐漸成熟，在理論上和工程裝備上都有了大幅度的提高，目前，缺乏對現(xiàn)有水庫可持續(xù)利用技術適用條件、運行特點、關鍵技術的系統(tǒng)總結和分析，無法為其他水庫清淤提供基礎信息支持和前期技術支撐。

4 解決措施及建議

（1）提高認識，加強防治

一是要把保持已成水庫可持續(xù)利用問題放在與新建水庫同等甚至優(yōu)先的位置對待；二是在今后的水庫建設、改建、除險加固等規(guī)劃設計中，要充分考慮水庫排沙減淤功能和調(diào)度方式；三是要加強水庫庫區(qū)及周邊地區(qū)的水土保持和環(huán)境整治，堅持生物措施與工程措施相結合，減少進入水庫的泥沙量。

（2）開展水庫淤積及可持續(xù)利用技術調(diào)研總結，加強水庫排沙清淤技術的試驗研究和推廣工作

目前，水庫淤積狀況不夠明晰，可持續(xù)利用技術因水庫各異而多種多樣，建議對水庫淤積及可持續(xù)利用技術進行系統(tǒng)調(diào)研，總結已建典型水庫的排沙方式、實施條件以及排沙效果，通過開展數(shù)學模型計算和實體模型試驗等技術手段，甄別不同類型水庫可持續(xù)利用技術的適用條件、運行特點、實施方案和預期效果，探索因地制宜的清淤模式，提出可推廣應用的水庫泥沙處理技術和利用方案。

（3）深度提煉典型水庫存在問題，促進基礎研究向應用研究轉化

建議在系統(tǒng)調(diào)研水庫淤積及可持續(xù)利用技術基礎上，選擇具有代表性的典型水庫，總結水庫運用以來出現(xiàn)的問題及解決的辦法、已出現(xiàn)的問題及未解決的原因，結合目前管理現(xiàn)狀，深度提煉水庫可能出現(xiàn)的狀況。在水庫存在問題搞清楚的前提下，申請立項，以解決科研工作滯后實際生產(chǎn)需求的問題。

（4）拓寬泥沙利用市場途徑和科研經(jīng)費渠道，建立“測管研”長效機制

水庫泥沙是可利用資源，要想辦法變廢為寶，建議分析泥沙資源利用現(xiàn)狀，研究淤沙造田、粗沙制磚、含金屬泥沙陶冶等技術，發(fā)展淤積泥沙資源化產(chǎn)業(yè)；從國家公益性事業(yè)經(jīng)費、水庫泥沙利用效益、水庫興利效益等方面拓寬水庫清淤技術研究及實施的經(jīng)費渠道，研究建立水庫量測服務于科研、科研適用于管理、管理促進科研和基礎量測的長效機制，提出實施水庫泥沙處理利用及維護循環(huán)運行模式的保障機制及措施。

（5）建立排沙減淤長效機制，實現(xiàn)清淤工作與水庫日常運行維護相結合

由于大多數(shù)河流含沙量較高，水庫泥沙淤積的情況不可能在短期內(nèi)改變，水庫清淤也不可能一勞永逸，因此，要從經(jīng)費、制度、調(diào)度運用等多方面探索建立水庫排沙減淤的長效機制；要加強水庫運行管理，在水庫控制運用計劃、度汛計劃編制中把水庫排沙減淤作為重要內(nèi)容；要為水庫管理部門配備必要的清淤設備，定期進行清淤，實現(xiàn)清淤工作常態(tài)化，并試行按清淤量撥款補助，同時出臺稅收減免政策等。陜西水利