毛潭　張勇杰　張廣濤　牛維嘉

【摘 要】引黃工程對灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)帶來巨大發(fā)展的同時，黃河水中帶來的大量泥沙也給當(dāng)?shù)貛砹瞬恍〉碾y題。本文對引黃灌區(qū)的泥沙處理技術(shù)進(jìn)行了分析總結(jié)，并闡述了黃河泥沙在農(nóng)業(yè)、能源和建筑方面的利用。筆者認(rèn)為在黃河泥沙處理和利用中，應(yīng)該遵循全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的原則，堅持“以黃養(yǎng)黃，以沙養(yǎng)沙”的思路。

【關(guān)鍵詞】引黃灌區(qū)；泥沙處理；泥沙利用

0 前言

從1951年3月人民勝利渠開工建設(shè)到現(xiàn)在，經(jīng)過60多年的快速發(fā)展，黃河流域地區(qū)的引黃灌溉工程對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。然而由于黃河中下游水中泥沙含量很高，當(dāng)?shù)卦谝耐瑫r把大量的泥沙也引到了灌區(qū)中，這給當(dāng)?shù)貛砹艘幌盗械纳鷳B(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重的阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。因此，如何將引水中的泥沙進(jìn)行有效的處理和利用，變廢為寶，變害為利，成為影響灌區(qū)經(jīng)濟(jì)能否長期穩(wěn)定健康發(fā)展的關(guān)鍵問題。

1 泥沙處理的幾種方案

引黃灌區(qū)在泥沙的處理方面做了大量的工作，但泥沙處理是一個比較復(fù)雜的問題。單一的措施很難取得明顯效果，必須因地制宜，綜合治理，采取科學(xué)的管理辦法，才能夠達(dá)到少引、少淤的目的。引黃灌區(qū)泥沙處理主要工作是要通過各種措施減少渠首入沙和渠間淤沙。

1.1 渠首防沙

1）合理的引水口選擇：對于合理的引入口選擇，彎道凹岸水深最深、水流速度最大、彎道橫比降最大的斷面處是引水口的最佳選擇[1-3]，彎道強(qiáng)環(huán)流能大大減少入渠的泥沙[4]。

2）引水口防沙措施：采用防沙閘、攔沙潛堰、攔沙坎、導(dǎo)沙坎、懸板分層、活動疊梁和橡膠壩引水防沙工程等引水口防沙措施[5]，可有效減少入閘泥沙量，減少渠道淤積。

3）沉沙池沉沙：黃河下游多數(shù)采用在靠近渠首位置設(shè)置沉沙池，使部分粒徑較大的泥沙在泥沙池中淤積下來。沉沙池多建于低洼地和土質(zhì)差的地方。該方案有施工簡單，用工少，土建費用低等優(yōu)點。在我國水利工程中，采用的沉沙池按照平面布置分主要有直線形、曲線形、條渠形和混合形等。沉沙池多采用以新代舊和以挖待沉兩種方式運行[6]。

4）排沙漏斗排沙：主要由溢流側(cè)堰、進(jìn)水涵洞、進(jìn)水閘、圓形漏斗室、水平懸板、排沙廊道等建筑物組成[7]，是利用立軸型螺旋流排沙完成水沙分離，可排除推移質(zhì)粗顆粒和懸移質(zhì)細(xì)顆粒兩種類型泥沙，且結(jié)構(gòu)簡單、排沙耗水量少等優(yōu)點[8]，其綜合性能優(yōu)于條渠和復(fù)合型廂形沉沙池等排沙設(shè)施。

1.2 渠道的減淤處理

目前較普遍采用的渠道減淤技術(shù)主要有：（1）通過選用可靠的設(shè)計參數(shù)，進(jìn)行合理的渠道設(shè)計，使用渠道、渡槽、涵管等多種輸水輸沙工程形式，改善輸水輸沙線路，避免發(fā)生渠道淤堵；（2）利用水沙調(diào)度，集中大水量對渠道進(jìn)行沖洗；（3）人工除淤或利用挖泥船等機(jī)械措施進(jìn)行輔助清淤；（4）通過對現(xiàn)有渠道進(jìn)行工程改造，包括加高進(jìn)口段渠底、渠道襯砌、調(diào)整縱橫斷面形態(tài)等，提高輸水輸沙能力[9]。

2 泥沙的利用對策

在今后很長一段時期內(nèi)，黃河水中多泥沙的現(xiàn)狀是不會改變的，因此在減少泥沙進(jìn)入渠道的同時，如何將清淤的泥沙有效的加以利用，才是保證引黃灌溉工程最大程度造福灌區(qū)人民的根本。

2.1 農(nóng)業(yè)利用

黃河細(xì)沙中含有大量的氮、磷、鉀和有機(jī)肥料，這可以增加土地肥力，在灌溉時利用渾水將細(xì)沙輸入田間，對于改良土壤結(jié)構(gòu)和改造鹽堿地十分有利。黃河流域引洪淤灌就是泥沙資源農(nóng)業(yè)利用的途徑之一[9-11]。引洪淤灌的主要形式淤灌結(jié)合種稻，從而改良利用低洼鹽堿地。如小開河引黃灌區(qū)，經(jīng)過幾次大規(guī)模淤改措施，原本無法耕種的大面積背河洼地、鹽堿地和貧瘠的土地變?yōu)槊藁ǖ纳a(chǎn)基地，其周邊的生態(tài)環(huán)境也得到了極大的改善[12]。

2.2 建筑材料利用

長期以來，為實現(xiàn)黃河泥沙的資源化利用[13-15]，科研人員對黃河泥沙的資源情況，物理、化學(xué)和工藝等性能，以及工業(yè)應(yīng)用等進(jìn)行了比較系統(tǒng)的探索研究[16]，取得了一定的成果和經(jīng)驗，如黃河搶險用大塊石、墻體磚、空心磚、內(nèi)燃燒結(jié)磚、蒸養(yǎng)磚、免蒸免燒磚，黃河淤泥黑陶、彩陶制品、多孔材料，黃河泥沙保溫隔熱材料的研究及黃河沙在日用陶瓷及玻璃工業(yè)中的應(yīng)用等[17-18]。據(jù)分析，淤沙含SiO2約70%左右，制成的灰砂磚抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均能符合部頒標(biāo)準(zhǔn)[13]。水泥屬鈣質(zhì)膠凝材料，但是隨著石灰石質(zhì)原材料的減少或消失，硅質(zhì)膠凝材料將成為未來的主流。黃河泥沙屬于硅鋁資源，能制備多種材料，可以成為我國新型、穩(wěn)定的礦產(chǎn)資源。同時，高附加值材料的制備也將促進(jìn)黃河泥沙資源化利用[19]。如果把適宜的黃河泥沙進(jìn)行膠凝化[20]，把其轉(zhuǎn)化為膠凝材料，成為目前廣泛使用的硅酸鹽水泥的唯一替代品，黃河泥沙的利用前景會非常廣闊[21]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化速度逐漸加快，城市和新農(nóng)村建設(shè)需要大量用土。采用黃河泥沙資源作為建筑、市政建設(shè)用材料，不僅可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低成本，而且可以變廢為寶，符合國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的號召?？傊?，該黃河泥沙利用措施在很大程度上可以緩解黃河水少沙多的局面，具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

2.3 修復(fù)生態(tài)環(huán)境

黃河流域藏有豐富的煤炭等礦產(chǎn)資源，在資源開采過程中往往形成地面沉降帶，造成裂縫、崩塌、沉降等地面變形，礦區(qū)大面積的土地塌陷對農(nóng)民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了極大的影響，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境。如果引用黃河泥沙對適宜的塌陷區(qū)進(jìn)行填充，恢復(fù)塌陷區(qū)原有地貌，應(yīng)當(dāng)是一種值得認(rèn)真考慮的治理途徑。這樣，既可以保障能源開發(fā)的順利實施，又可以造地復(fù)耕，恢復(fù)土地使用功能，避免生態(tài)環(huán)境破壞和誘發(fā)其他次生災(zāi)害，保障當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活安全，同時也可減少泥沙在河道中的淤積。

3 存在問題

目前，引黃灌區(qū)的泥沙處理和利用方面的研究雖然有很多，并且也在實際的應(yīng)用中起到了很好的效果，但是它仍存在很多問題。例如，對泥沙的處理多是政府的單一行為，缺乏整體規(guī)劃和長遠(yuǎn)考慮；部分地區(qū)資金鏈不完整，后續(xù)的處理完善工作難以開展；由于缺乏有效監(jiān)管，部分已建沉沙池運行過程中，沉沙池很快淤滿，池內(nèi)泥沙固結(jié)，造成了沖洗的困難，增加了沖洗費用，達(dá)不到設(shè)計規(guī)定的使用年限；由于沒有對泥沙利用的有效方案和統(tǒng)一規(guī)劃，堆積的泥沙引發(fā)系列的生態(tài)環(huán)境問題；堆積在輸水渠或沉沙池的清淤棄土，形成堆沙高地，不僅占用了耕地，使土地沙化，而且造成部分地塊不能保收，甚至形成沙塵天氣，降低了人民群眾的生活水平。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和人們環(huán)保和生態(tài)文明意識的不斷增強(qiáng)，引黃灌區(qū)泥沙處理問題必將越來越受到人們的關(guān)注，并且得到有效的解決。泥沙處理應(yīng)該是將自然條件和技術(shù)手段合理結(jié)合，盡量使引水中的泥沙輸送到支渠及以下渠道，分散至田間。同時，黃河泥沙的開發(fā)利用將會成為處理黃河泥沙的一項重要舉措。如何有效合理科學(xué)的開發(fā)利用黃河泥沙，應(yīng)該由政府有關(guān)部門進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮。同時加快產(chǎn)品開發(fā)，遵循全面協(xié)調(diào)可持續(xù)的原則，堅持“以黃養(yǎng)黃，以沙養(yǎng)沙”的思路，將黃河泥沙資源的利用盡快產(chǎn)業(yè)化，形成泥沙資源利用的產(chǎn)業(yè)鏈條。

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