任 崗,張文芳

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

1 問(wèn)題的提出

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

目前在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)水庫(kù)的關(guān)注主要還只側(cè)重于開(kāi)展大規(guī)模的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作,水庫(kù)管理單位沒(méi)有用于水庫(kù)維修養(yǎng)護(hù)的專項(xiàng)資金,更沒(méi)有水庫(kù)清淤專項(xiàng)資金,因此對(duì)淤積水庫(kù)的研究和實(shí)施清淤以延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命應(yīng)該是下一階段的一項(xiàng)重要工作。

2 水庫(kù)淤積成因及形態(tài)[1-2]

水庫(kù)淤積是一種自然現(xiàn)象,河水中挾帶的泥沙在庫(kù)內(nèi)沉淀,即為水庫(kù)淤積。挾沙水流進(jìn)入庫(kù)內(nèi)后,隨著過(guò)水?dāng)嗝嬷饾u擴(kuò)大,流速和挾沙能力沿程遞減,泥沙將由粗到細(xì)地沉積于庫(kù)底,造成水庫(kù)淤積。水庫(kù)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(jì)有關(guān)。我國(guó)現(xiàn)有水庫(kù)大部分是修建于20世紀(jì)大躍進(jìn)、文革和農(nóng)業(yè)學(xué)大寨時(shí)期,限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件,對(duì)泥沙淤積分析計(jì)算及淤積過(guò)程的研究十分匱乏,水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低,對(duì)排沙設(shè)計(jì)考慮不足甚至缺乏有效的排沙設(shè)計(jì)。

水庫(kù)淤積的分布形態(tài)受入庫(kù)流量、含沙量、泥沙組成、庫(kù)區(qū)形態(tài)、水庫(kù)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(kù),泥沙易于在庫(kù)尾集中淤積形成類(lèi)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(kù),多形成沿庫(kù)床比較均勻的帶狀淤積。多沙河流上庫(kù)容及雍水相對(duì)較小的中小型水庫(kù),洪水期間庫(kù)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(duì)水庫(kù)的影響

水庫(kù)淤積特別是“三角洲”淤積,實(shí)際上侵占了水庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容,從而降低了水庫(kù)的綜合利用效益;淤積末端上延,抬高回水位,增加水庫(kù)淹沒(méi)、浸沒(méi)損失;變動(dòng)回水易使寬淺河段主流擺動(dòng)或位移。帶狀淤積將使河床整體抬高,減少了水庫(kù)的有效庫(kù)容,影響水庫(kù)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(yùn)行,常造成取水口堵塞。同時(shí)使進(jìn)入電站的水流中含沙量增加而加劇對(duì)過(guò)水建筑物和水輪機(jī)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(xué)物質(zhì)沉淀,將污染水質(zhì),水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化,并影響水生生物的生長(zhǎng)。

4 水庫(kù)清淤的必要性

我國(guó)現(xiàn)有的水庫(kù)多數(shù)缺乏有效的排沙設(shè)計(jì),經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后現(xiàn)已普遍存在泥沙淤積現(xiàn)象,嚴(yán)重削減了水庫(kù)的有效庫(kù)容,導(dǎo)致防洪、灌溉、供水、發(fā)電等效益也隨之降低,特別是近年來(lái)天氣異常,全國(guó)大面積的持續(xù)干旱和暴雨洪災(zāi)影響下,水庫(kù)淤積對(duì)水庫(kù)功能的正常發(fā)揮影響十分巨大。

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

5 水庫(kù)清淤的可行性

我國(guó)對(duì)水庫(kù)淤積的研究開(kāi)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(kù)淤積情況不盡相同,要進(jìn)行清淤就必須逐一對(duì)淤積水庫(kù)的具體情況進(jìn)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(guó)內(nèi)部分大、中水庫(kù)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(jìn)行清淤;小型水庫(kù)則是結(jié)合除險(xiǎn)加固用推土機(jī)、挖掘機(jī)等進(jìn)行機(jī)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(shí)施水庫(kù)清淤工程能有效恢復(fù)庫(kù)容,技術(shù)上可行,相對(duì)成本也較低。清淤恢復(fù)庫(kù)容的成本低于新建水庫(kù)成本,其優(yōu)勢(shì)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(kù)水質(zhì),清出的淤積泥沙可用來(lái)制作有機(jī)肥、改良土壤和填土造田,可用作制磚或建筑用沙,實(shí)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(dǎo)入下游河道,“蓄清排渾”減少下游河道因過(guò)度采沙造成的河床下切危害。因此,水庫(kù)清淤在技術(shù)上可行的、在經(jīng)濟(jì)上是合理的,對(duì)保護(hù)下游河床是有利的。

6 水庫(kù)清淤成功案例

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

廣東省深圳市石巖水庫(kù)總庫(kù)容3 082萬(wàn)m3,是深圳市城市供水網(wǎng)絡(luò)重要的調(diào)蓄和供水水庫(kù)。該庫(kù)建庫(kù)45 a來(lái)從未進(jìn)行過(guò)清淤工作,庫(kù)底淤積導(dǎo)致庫(kù)容減少。到了2004年,水庫(kù)水質(zhì)嚴(yán)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(huì)議上,民進(jìn)廣東省委會(huì)向大會(huì)提交了 《關(guān)于實(shí)施水庫(kù)清淤工程促進(jìn)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(kù)的淤積情況相當(dāng)嚴(yán)重,有效庫(kù)容一般削減20%～40%,水庫(kù)淤積導(dǎo)致水庫(kù)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(shí)際情況,在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,組織實(shí)施水庫(kù)清淤工程,全面推進(jìn)水庫(kù)清淤工作;并積極創(chuàng)造條件,鼓勵(lì)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(shí)處,廣東省水利廳選擇深圳石巖水庫(kù)和梅州合水水庫(kù)進(jìn)行清淤試點(diǎn),石巖水庫(kù)清淤工程投資3 947萬(wàn)元,恢復(fù)庫(kù)容150多萬(wàn)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(kù)27座,其中中型水庫(kù)1座,小(1)型水庫(kù)5座,小(2)型水庫(kù)21座。余杭區(qū)在進(jìn)行除險(xiǎn)加固的同時(shí),撥出?？铋_(kāi)展清淤工作,利用水庫(kù)庫(kù)區(qū)放空的有利條件,采取機(jī)械挖掘及泥漿泵沖淤等方法進(jìn)行庫(kù)底清淤,通過(guò)清淤恢復(fù)、增加了1 000多萬(wàn)m3庫(kù)容,相當(dāng)于新建一個(gè)中型水庫(kù)。

廈門(mén)市湖邊水庫(kù)由于淤積產(chǎn)生的嚴(yán)重污染,從2003年起就喪失了作為水源水庫(kù)的功能,2006年9月,廈門(mén)市委、市政府批準(zhǔn)了湖邊水庫(kù)綜合整治與開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的方案,并成立綜合整治與開(kāi)發(fā)建設(shè)工程指揮部,經(jīng)過(guò)2 a多的不懈努力,通過(guò)清淤、截污箱涵和護(hù)岸建設(shè)、補(bǔ)水調(diào)水等綜合整治措施,湖邊水庫(kù) “舊貌換新顏”,庫(kù)容大大增加,根除了污染源,真正為老百姓辦了好事實(shí)事。

7 實(shí)施水庫(kù)清淤工作的措施和建議

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

8 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,開(kāi)展水庫(kù)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(yàn)。

將水庫(kù)清淤與除險(xiǎn)加固工程相結(jié)合,以降低清淤成本。同時(shí)水利部有關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)如何防治和減緩水庫(kù)淤積問(wèn)題加強(qiáng)研究,以促進(jìn)水資源可的持續(xù)利用。實(shí)施水庫(kù)清淤工程意義重大,將為應(yīng)對(duì)旱澇災(zāi)害、改善民生、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(xué) [M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1999.

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