關(guān)于推進水庫清淤工作的研究與建議

張士辰，盛金保，李子陽，楊正華

（水利部大壩安全管理中心，210029，南京）

關(guān)于推進水庫清淤工作的研究與建議

張士辰，盛金保，李子陽，楊正華

（水利部大壩安全管理中心，210029，南京）

基于對我國水庫淤積現(xiàn)狀的調(diào)查分析，剖析了水庫淤積成因和危害，認(rèn)為水庫淤積普遍存在，危害巨大，開展水庫清淤工作十分必要；對水庫清淤實踐與研究進展情況進行了總結(jié)，提出目前制約清淤工作的主要因素包括清淤決策理論和方法不完善、清淤一次性投資規(guī)模大、淤積物處置和資源化利用低、清淤長效機制尚未建立四個方面；建議加強水庫淤積基礎(chǔ)信息管理，深化清淤技術(shù)研究，盡快開展清淤試點，加快建立淤積管理長效機制，有序推進水庫清淤工作。

水庫；清淤；試點；投資；資源化利用；長效機制

我國擁有各類水庫9.8萬座，為有效減輕水旱災(zāi)害，滿足城鄉(xiāng)飲水安全、防洪安全、糧食安全、能源安全等起到重要作用。我國大多數(shù)水庫興建于20世紀(jì)50—70年代，由于沖（排）沙設(shè)施不足和水資源短缺，經(jīng)過數(shù)十年運行，普遍存在不同程度的淤積，降低了水庫供水保障能力與興利效益，削弱水庫防洪功能，損害水生態(tài)環(huán)境，甚至導(dǎo)致水庫報廢。各地清淤需求迫切，開展國家層面水庫清淤工作技術(shù)上可行，是今后水庫管理和病害治理領(lǐng)域新的工作著力點與發(fā)展方向，是一項民生工程和德政工程。

一、我國水庫淤積現(xiàn)狀及原因分析

1.水庫淤積現(xiàn)狀

目前，我國尚未系統(tǒng)地掌握水庫淤積基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和特征信息。據(jù)有關(guān)研究，我國水庫平均年淤積速率（水庫平均年淤積量與總庫容之比）為2.3%，大于國外水庫淤積速率（如阿爾及利亞1.8%、日本1.02%及美國0.24%），部分水庫淤損庫容達30%以上，北方河流尤其是黃河中游水土流失嚴(yán)重地區(qū)的水庫淤積情況尤為突出，如陜西王瑤水庫以防洪、灌溉及供水為主要功能，1972年投入使用時總庫容為2.03億m3，由于泥沙淤積影響，2002年時總庫容僅剩8 866萬m3，減少11 434萬m3（淤積庫容占56%）。

2012年水利部組織對山西、陜西、貴州、江西4個典型省份水庫淤積情況進行了調(diào)查分析。經(jīng)統(tǒng)計，山西省現(xiàn)有水庫731座，總庫容47.65億 m3，淤積庫容約 16.20億 m3，淤積率34%。陜西省現(xiàn)有水庫1 019座，總庫容40.43億m3，淤積庫容約13.75億m3，淤積率34%,每年減少蓄水17億m3，1978—1998年間因淤積報廢水庫438座（中型10座，小型428座），特別是陜北地區(qū)1992—2002年間因淤積報廢水庫179座。江西省現(xiàn)有水庫 9 793座，總庫容 295.50億m3，其中6 376座水庫存在淤積問題，淤積庫容約8.93億m3。貴州省現(xiàn)有水庫1 971座，總庫容 25.40億 m3，其中979座水庫存在淤積問題，淤積庫容約 1.10 億 m3。

南北方水庫淤積情況有所不同。從面上情況看，山西、陜西兩省水庫普遍存在不同程度的淤積問題，江西、貴州兩省約60%的水庫存在不同程度的淤積問題。從淤積程度看，山西、陜西兩省水庫淤積比較嚴(yán)重，平均淤積率達34%；江西、貴州兩省水庫淤積程度差異較大，部分水庫淤積嚴(yán)重，實地調(diào)研的江西塘背水庫淤積率達58.9%，貴州新橋水庫淤積率達80.0%。

2.我國水庫淤積原因及危害

（1）水庫淤積原因

水庫淤積是水庫建設(shè)和運行管理中的一個難題，也是一個長期并最終趨于沖淤平衡的動態(tài)過程。造成水庫淤積最直接的原因是，在河道上興建水庫改變了河流的水流條件和泥沙運行狀態(tài)，致使水流挾沙能力降低，泥沙在水庫中沉積。我國江河大多泥沙含量大，水庫特別是中小型水庫的泥沙淤積問題較為嚴(yán)重，淤積數(shù)量大、速度快。據(jù)估算，目前全國每年大約有50億t泥沙進入江河，其中淤積到水庫的約占32%，現(xiàn)有水庫的年均淤積速率在世界上處于較高水平。

依據(jù)對4個典型省18座水庫（大型 1座、中型 5座、?。?）型 9座、?。?）型3座）的淤積情況調(diào)查結(jié)果，18座水庫均存在不同程度的淤積問題，淤積率介于3%~136%之間?？傮w上看，降雨量小、水土流失嚴(yán)重的山西、陜西兩省水庫淤積程度高于雨水相對豐富、植被覆蓋率較高的江西、貴州。水庫淤積主要成因包括：

一是自然因素形成。由于特殊地理、地質(zhì)條件，部分地區(qū)水土流失相對嚴(yán)重。山西、陜西部分地處黃土高原，土質(zhì)疏松，溝壑縱橫，植被稀少，極易引發(fā)水土流失，河流含沙量大。貴州部分山丘區(qū)石漠化問題突出，暴雨洪水挾帶大量泥沙進入庫區(qū)。江西紅壤土面積大，土壤結(jié)構(gòu)松散，遇強降雨易引發(fā)山洪、泥石流。二是人為因素影響。過去一段時期，庫區(qū)管理制度缺位、管理手段粗放，水土保持工作薄弱，非法采礦、采砂、墾荒和亂砍濫伐等經(jīng)濟活動頻繁，導(dǎo)致庫區(qū)植被、地表形態(tài)、庫岸結(jié)構(gòu)等遭受破壞，人為造成水土流失，加劇了水庫淤積和水質(zhì)破壞。三是工程設(shè)施不足。淤積嚴(yán)重的水庫大多修建于20世紀(jì)50—80年代，對河流泥沙特性和運動規(guī)律缺乏研究和認(rèn)識，工程設(shè)計未設(shè)置排（沖）沙設(shè)施或設(shè)置不科學(xué)，進庫泥沙難以排出庫外。特別是一些小型水庫，工程設(shè)施簡陋，只能被動攔沙，淤積問題嚴(yán)重。四是運用條件限制。水庫淤積速度與運用方式密切相關(guān)。經(jīng)研究分析，水庫排沙1 m3需耗水10～20 m3。西北高含沙地區(qū)，降雨量小且時空分布不均，水資源嚴(yán)重短缺、供需矛盾突出，需要水庫汛期攔洪蓄水，沒有蓄清排渾的水量條件，導(dǎo)致大部分泥沙滯留庫內(nèi)。

（2）水庫淤積危害

水庫淤積不僅造成庫容損失，不利于大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，危害水庫運行安全，還會縮短發(fā)電設(shè)備使用壽命，降低庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，從而影響水庫防洪、灌溉、供水、發(fā)電、航運、生態(tài)環(huán)保等功能效益的正常發(fā)揮。泥沙淤積的主要危害如下：

一是影響大壩運行安全。部分水庫因淤積造成進口淤堵，妨礙泄水、輸水設(shè)施正常運用。如陜西王瑤水庫泄洪洞幾度因進口淤埋失效，貴州新橋水庫沖沙孔因淤塞廢棄。二是削弱水庫防洪能力。淤積侵占防洪庫容，水庫調(diào)蓄洪水能力下降。如山西省東風(fēng)小（2）型水庫，為混凝土拱壩，1999年7月由于庫區(qū)基本淤平而導(dǎo)致洪水漫壩潰決。三是降低水庫興利效益。淤積侵占興利庫容，甚至淤塞輸水設(shè)施進口，導(dǎo)致水庫興利功能衰減。如江西早禾田水庫灌溉涵因進口淤塞無法運用。四是損害水生態(tài)環(huán)境。部分水庫因周邊污染物排放，造成淤積泥沙吸附污染物甚至重金屬，加劇水體富營養(yǎng)化和水質(zhì)劣化。

3.水庫清淤必要性

泥沙淤積是影響水庫大壩安全運行和綜合效益充分發(fā)揮面臨的普遍問題，也是當(dāng)前經(jīng)濟社會發(fā)展中需要高度重視的突出問題。由于大量水庫存在不同程度的淤積，造成水庫防洪、供水、灌溉等功能衰減，不僅危及水庫大壩自身安全和公共安全，而且制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，影響廣大人民群眾的生產(chǎn)生活。水庫“再造”效應(yīng)、土地資源節(jié)約集約利用、提高水庫“性價比”、淤泥資源“變廢為寶”、提高下游河道穩(wěn)定等都是水庫清淤的顯著效益或優(yōu)勢所在，開展水庫清淤與淤積防治工作十分必要，是一項新的民生工程和德政工程。

二、水庫清淤工作基礎(chǔ)

1.實踐情況

在世界范圍內(nèi)的多泥沙河流上，淤積一直是水庫管理的一大難題，水庫泥沙運動規(guī)律以及淤積防治一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點問題。迄今，水庫泥沙運動相關(guān)理論已經(jīng)形成；控制泥沙入庫的預(yù)防性措施和各種排沙方式在實踐中不斷創(chuàng)新和發(fā)展；水庫清淤技術(shù)與裝備取得長足發(fā)展，各種規(guī)模、型式合理配置的清淤技術(shù)裝備可以靈活選用。近年結(jié)合水庫清淤試點和實踐，在淤積對大壩安全影響、淤積風(fēng)險評估、淤積管理等方面開展了廣泛研究，在水庫淤積物資源化利用方面也進行了有益嘗試。

經(jīng)過多年研究實踐，我國多沙河流上修建的大型水庫在處理淤積問題上積累了豐富經(jīng)驗，總結(jié)出初期攔沙、后期蓄清排渾的調(diào)控方式。小浪底水庫建成后，系統(tǒng)開展了調(diào)水調(diào)沙研究與原型試驗，進一步豐富和完善了水沙調(diào)控理論與技術(shù)。同時，黃河泥沙資源配置技術(shù)不斷形成并發(fā)展，提出了“攔、調(diào)、排、放、挖”的處置思路。國際上也有大量泥沙利用的事例，如巴西的挖泥造地、美國密西西比河的渾水灌溉及埃及尼羅河的引洪改沙等。目前，高效生態(tài)清淤技術(shù)越來越受到關(guān)注，尤其是城區(qū)水源地水庫的需求更為迫切，浙江省對河口水庫、河南省宿鴨湖水庫、江蘇太湖等先后開展了相關(guān)研究和實踐。目前，我國及世界各地已對水庫淤積問題因地制宜地采取了多種預(yù)防和治理措施，如合理選擇水庫壩址、加強流域水土保持、設(shè)置排沙底洞等泥沙排放設(shè)施，以及水力排沙、機械清淤等，對防治和減緩水庫淤積、延長水庫使用壽命、實現(xiàn)水庫持續(xù)利用發(fā)揮了重要作用。

我國政府對水庫淤積問題十分重視，2009年水利部會同發(fā)展改革委聯(lián)合召開了水庫淤積問題座談會，聽取了有關(guān)方面和專家對防治和減緩水庫清淤、科學(xué)實施水庫清淤工程等方面的意見，并向國務(wù)院上報兩部委意見，建議切實把水沙調(diào)度作為水庫日常運行管理工作的一項重要內(nèi)容，同時強化源頭治理，落實水庫淤積防治責(zé)任和相關(guān)費用，加強相關(guān)部門對水庫清淤工作的支持和指導(dǎo)，積極研究制定稅費優(yōu)惠政策等。2012年，水利部組織開展了全國水庫淤積現(xiàn)狀與清淤實踐調(diào)查，重點對山西、陜西、貴州、江西4個典型省水庫淤積防治工作進行了實地調(diào)研，對淤積速率、淤積庫容、淤積發(fā)展態(tài)勢、淤積對水庫防洪和興利影響程度及相關(guān)經(jīng)驗進行了調(diào)查研究，提出了《全國小型水庫清淤試點工程實施方案》，同時梳理總結(jié)出以下經(jīng)驗。

一是采用機械清淤。根據(jù)水庫淤積土質(zhì)和形態(tài)，采用不同的清淤方法。山西張家莊水庫、汾河二壩、汾河三壩清淤，水上淤積體采用挖掘機配自卸汽車挖裝，水下淤積體則采用絞吸式挖泥船配輸泥管道疏浚。陜西王家崖水庫運用絞吸式挖泥船、氣力泵配輸泥管清淤，小華山水庫采用虹吸法水力清淤。同時，4省還利用病險水庫除險加固時機，有針對性地開展水庫清淤，大大節(jié)省了清淤投資。4省主要以防洪、供水、灌溉效益突出且淤積問題突出的中小型水庫作為清淤對象，清淤資金渠道以同級財政為主，水庫管理單位或同級水行政主管部門負(fù)責(zé)組織實施，按照基本建設(shè)程序履行勘測設(shè)計、立項審批、招標(biāo)投標(biāo)、項目驗收等程序。

二是加強調(diào)度排沙。陜西省有的水庫通過滯洪排沙、泄空沖沙、異重流排沙、高渠拉沙、基流沖沙等運用方式排沙，有的灌區(qū)通過引洪淤灌、泥沙旁引等措施減少入庫泥沙。江西、貴州2省部分水庫則利用汛期洪水沖沙。

三是興建工程攔沙。山西省有的水庫上游設(shè)置了沉沙池攔沙，陜西省對部分水庫采取加高大壩、增設(shè)排沙設(shè)施等方式，改善水庫排沙條件。同時，各地加強了庫區(qū)小流域綜合治理，在來沙量大的溝道修建淤地壩，大大減少了入庫泥沙。

四是實施水土保持減淤。近年，各地有針對性地開展了水土保持工作，大力推進退耕還林措施，加大水行政執(zhí)法力度，庫區(qū)水土流失問題得到進一步改善，入庫泥沙明顯減少。山西、陜西等地水土保持工作效果顯著，入庫泥沙量大幅度下降。如山西澮河水庫1964—1992年水庫累計淤積 2 690萬 m3，年均淤積 96萬 m3；1992—2006年水庫累計淤積 98萬m3，年均淤積僅 7 萬 m3。

2.研究進展

在研究方面，國內(nèi)外目前對水庫淤積問題尚缺乏全面認(rèn)識，沒有系統(tǒng)地掌握水庫淤積基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和特征信息，我國20世紀(jì)60年代開始對黃河等北方多泥沙流域的三門峽、官廳等水庫淤積進行觀測，而后擴展到南方個別水庫，1981年統(tǒng)計僅有236座有實測淤積資料，且淤積多尺度分布及形成機制研究不深入，淤積對水庫功能的風(fēng)險評估方法缺失，清淤決策理論與技術(shù)方法不完善，不同類型、功能、需求的水庫清淤技術(shù)和減淤排沙長效機制缺失等。

近年，相關(guān)專家學(xué)者在水庫淤積防治領(lǐng)域開展了卓有成效的科學(xué)研究工作，韓其為院士等專家對水庫泥沙淤積研究現(xiàn)狀進行了綜述，相關(guān)研究主要集中在水庫泥沙淤積動靜態(tài)形態(tài)、淤積物化學(xué)特性、水庫淤積與興利及防洪關(guān)系、水庫淤積對下游影響、水庫泥沙淤積防治技術(shù)等方面。根據(jù)水利部要求，水利部大壩中心組織開展了 “水庫淤積對防洪安全與興利效益的影響評估”“全國水庫清淤專項規(guī)劃前期研究”“水庫清淤挖潛及控制關(guān)鍵技術(shù)”等研究，對河南省宿鴨湖水庫、甘肅省南營水庫等水庫清淤工程進行了專題研究。目前，國家“十三五”重點研發(fā)計劃中已經(jīng)針對 “水庫淤積控制與功能恢復(fù)的理論和技術(shù)”設(shè)置了研究項目，擬開展水庫和湖泊淤積現(xiàn)狀調(diào)查，建立全國不同類型區(qū)200座以上典型水庫和湖泊淤積數(shù)據(jù)庫；研發(fā)水庫有效庫容長期保持的調(diào)控技術(shù)和淤損庫容恢復(fù)技術(shù)；研究湖庫泥沙資源配置理論與方法；研發(fā)湖庫淤積物處理、利用技術(shù)和裝置；開展水庫應(yīng)用示范工程，有望在水庫清淤關(guān)鍵技術(shù)上取得突破性進展。

三、水庫清淤工作的主要制約因素

一是水庫清淤決策理論和方法尚不完善，制約清淤工作進展。水庫清淤是一項涉及政策、技術(shù)、經(jīng)濟等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)工程。目前，水庫清淤技術(shù)和手段已經(jīng)較為成熟，但清淤決策的理論和方法尚不完善，制約了水庫清淤工作進展，攻克水庫清淤決策方法關(guān)鍵技術(shù)是水庫清淤工作的重要保障，具有顯著的理論意義和應(yīng)用價值。

二是水庫清淤一次性投資規(guī)模大，需要充足的資金投入。水庫清淤成本影響因素較多，清淤、運輸和處置三個主要環(huán)節(jié)成本費用高，以淤積物運輸為例，水上清淤采用挖掘機配載重汽車的單方投資約15~25元，水下清淤采用絞吸式挖泥船配排泥管的單方投資約30~40元，以1 000萬m3淤積量計算則需清淤成本將達到1.5億~4.0億元，水庫清淤所需投資成本相當(dāng)可觀，需要充足的清淤經(jīng)費作為資金保障。

三是淤積物處置和資源化利用低，容易造成次生環(huán)境污染。在水庫淤積物處理及資源化利用方面，目前主要采用固化螯合攪拌脫水法與機械脫水法，由此形成管道攪拌、帶式脫水機、板框機等脫水固化一體化技術(shù)，但處理工藝效率偏低、規(guī)模小、成本高，且形成的固化土pH值與有毒物質(zhì)浸出量偏高，容易造成次生環(huán)境污染，限制了淤積物多渠道、大規(guī)模利用。實現(xiàn)淤泥處理與利用的規(guī)?；⒏咝Щ?、資源化及無害化，探索效果明顯、成本較低、淤積物資源化利用較高的水庫清淤方法和途徑，勢在必行。

四是水庫清淤長效機制尚未建立，難以保證清淤成效。由于水庫淤積成因復(fù)雜，淤積程度千差萬別，水庫淤積防治面廣量大，水庫淤積管理長效機制尚未建成，需要運用行政、法律、技術(shù)、經(jīng)濟等手段，綜合采用工程措施和非工程措施，防治結(jié)合。從清淤規(guī)劃上，應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，突出重點，因地制宜，分步推進；從清淤技術(shù)經(jīng)濟上，應(yīng)加強淤積防治技術(shù)研究，做好清淤勘測設(shè)計，提高清淤效率，降低清淤成本；從水庫運行上，應(yīng)充分發(fā)揮水庫自身條件，加強科學(xué)調(diào)度，運用洪水排沙沖沙；從庫區(qū)管理上，應(yīng)加強水行政執(zhí)法，嚴(yán)防非法侵占、圍墾庫區(qū)；從長效機制上，應(yīng)加強庫區(qū)管理立法，加強水土保持和監(jiān)測工作，從根本上遏制水土流失。

四、工作建議

一是加強水庫淤積基礎(chǔ)信息管理。建立淤積檔案制度，組織開展水庫淤積情況普查工作，全面掌握我國水庫泥沙淤積現(xiàn)狀，摸清現(xiàn)有水庫規(guī)模、功能、運用方式、實際可利用庫容、淤積速率、淤積發(fā)展態(tài)勢及危害程度等基本情況，調(diào)研了解不同區(qū)域典型水庫淤積狀況、實施水庫排沙減淤工作的經(jīng)驗和教訓(xùn)，以及各地對水庫清淤工作的意見建議，為開展水庫清淤工作奠定基礎(chǔ)。

二是深化水庫減淤清淤技術(shù)研究。重點以國家“十三五”重點研發(fā)計劃項目為依托，組織有關(guān)科研單位與水利工程管理單位聯(lián)合開展有關(guān)專題研究工作，系統(tǒng)了解水庫淤積現(xiàn)狀，研究淤損庫容恢復(fù)技術(shù)和水庫泥沙資源配置理論方法，研發(fā)湖庫淤積物處理、利用技術(shù)和裝置，為水庫清淤提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

三是盡快開展水庫減淤清淤試點工程建設(shè)。在做好普查、調(diào)研和專題研究等工作的基礎(chǔ)上，分南北方不同流域和不同自然生態(tài)條件，選擇有代表性的淤積態(tài)勢嚴(yán)重的中小型水庫進行試點，對不同的減淤清淤方式和技術(shù)、泥沙資源利用、清淤對環(huán)境的影響以及清淤的效益與經(jīng)濟分析等給出定量或定性的結(jié)論，為全國實施水庫清淤工程奠定基礎(chǔ)。

四是加快建立水庫淤積管理長效機制。根據(jù)研究和實踐情況，適時提出全國水庫清淤規(guī)劃，加大中央清淤資金支持，加強淤積源頭治理和淤積物資源化利用，逐步建立水庫淤積防治長效機制。

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Studies on reservoir dredging and recommendations//

Zhang Shichen,Sheng Jinbao,Li Ziyang,Yang Zhenghua

Based on investigation and analysis of the current condition of reservoir sedimentation,technical studies are made for exploiting the reason of sediment and its hazard.Reservoir dredging is necessary,because sedimentation is commonly existed and causes great harm.On the basis of summary of practice of reservoir dredging and study progress,it is found that four restrictive factors are associated with reservoir dredging:incompletion of decision making theory and methods,huge investment,improper treatment and low utilization rate of depositing sediment as well as lacking of long-term mechanism.It is suggested to strengthen basic information management of reservoir dredging,and technical studies,pilot project initiation and long-term mechanism,so as to effectively improve reservoir situation.

reservoir;dredging;pilot;investment;resource utilization;long-term mechanism

TV697.3+1

B

1000-1123（2017）16-0045-04

2017-06-16

張士辰,高級工程師,研究室主任,主要從事水庫大壩安全與風(fēng)險管理及法規(guī)制度研究。

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目“土石壩長效安全運行重大關(guān)鍵技術(shù)研究”（201501033）；南京水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費項目“水庫清淤挖潛及控制關(guān)鍵技術(shù)”(Y716020)、“《水庫大壩安全管理條例》后評估”（Y915001）；南京水利科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費項目“骨干淤地壩除險加固與兵團水庫清淤前期工作關(guān)鍵技術(shù)研究”（Y715016）。