侯 奔 鮑 芳 劉恒洋

(山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心濱州分中心, 山東 濱州 256600)

引黃濟(jì)青工程渠首沉沙池原規(guī)劃為9條,采用自流與揚(yáng)水相結(jié)合的沉沙方式,循環(huán)使用,每條可用4～5年,規(guī)劃沉沙區(qū)可用40年[1]。自1989年投入運(yùn)行以來(lái)首先使用的是2號(hào)沉沙池,因沉沙池征地問(wèn)題遲遲得不到解決,因此未新建沉沙池。為確保引水工作的順利進(jìn)行,自1993年以來(lái)一直采用“以挖待沉”的方式延續(xù)沉沙池使用壽命。在目前不能新建沉沙池的情況下,探索研究沉沙優(yōu)化利用的新路子,實(shí)現(xiàn)沉沙池循環(huán)可持續(xù)性開(kāi)發(fā)使用的目的,具有十分重要的意義。

1 渠首沉沙池規(guī)劃設(shè)計(jì)

引黃濟(jì)青工程利用打漁張引黃閘引水,在打漁張灌區(qū)總干渠右岸設(shè)引黃濟(jì)青進(jìn)水閘,進(jìn)水閘自流進(jìn)入低渠;建泵站進(jìn)口閘,通過(guò)打漁張泵站揚(yáng)水進(jìn)入高輸沙渠,建低渠節(jié)制閘,自流進(jìn)入低輸沙渠。高、低輸沙采用三堤兩河的型式,高、低輸沙渠下端接沉沙條渠。引黃濟(jì)青工程渠首沉沙池采用條渠形沉沙池。規(guī)劃沉沙區(qū)面積36km2,共劃分為9個(gè)沉沙條渠[2]。山東省引黃濟(jì)青渠首沉沙池總體布置見(jiàn)圖1,每個(gè)條渠面積為4.42～3.54km2,長(zhǎng)度為8.92～5.51km,分期分條按順序使用。按引黃濟(jì)青工程設(shè)計(jì)供水年水平自流沉沙時(shí)每個(gè)條渠可用1.5～2年,揚(yáng)水沉沙每個(gè)條渠可用2.5～3年,每個(gè)條渠總共可用4～5年規(guī)劃,沉沙區(qū)可用40年。

圖1 山東省引黃濟(jì)青渠首沉沙池規(guī)劃布置

引黃濟(jì)青渠首沉沙池第一期修建2號(hào)條渠,于1989年建成并投入使用,因遷占及資金困難,渠首段工程未再新建沉沙條渠。2號(hào)沉沙條渠[3],起于張寨村西北高低輸沙渠的末端,下端接輸水河。條渠設(shè)計(jì)長(zhǎng)度6.09km,平均寬度571.5m,沉沙面積3.48km2。

2 沉沙池內(nèi)黃河泥沙顆粒級(jí)配分析

取用2號(hào)沉沙條渠內(nèi)黃河泥沙,經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干、晾曬與去雜進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。篩分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1,顆粒級(jí)配曲線見(jiàn)圖2[4]。

表1 引黃濟(jì)青沉沙池內(nèi)黃河泥沙篩分結(jié)果

圖2 黃河泥沙顆粒級(jí)配曲線

3 渠首沉沙池運(yùn)行情況

3.1 引水引沙情況

渠首沉沙池自1989年建成運(yùn)行至2020年已有32年多,根據(jù)渠首沉沙池駐地建管單位歷年實(shí)際統(tǒng)計(jì)的引水時(shí)間、實(shí)測(cè)的引水量和含沙量統(tǒng)計(jì)計(jì)算,截至2020年底,已累計(jì)運(yùn)行4492天,累計(jì)引水總量63.83億m3,累計(jì)引進(jìn)泥沙量1405.09m3。渠首沉沙池歷年引水引沙統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表2。

表2 渠首沉沙池歷年引水引沙量統(tǒng)計(jì)

3.2 沉沙池沉沙規(guī)律

從近幾年引黃濟(jì)青工程進(jìn)水閘逐年逐月引水平均含沙量統(tǒng)計(jì)表(見(jiàn)表3)中可以看出,每年6—9月汛期泥沙含量高于非汛期泥沙含量,尤其是黃河調(diào)水調(diào)沙期間(7月),泥沙含量顯著增高。因此合理選擇引水時(shí)間,能起到減少引沙量的作用。

表3 引黃濟(jì)青工程進(jìn)水閘逐年逐月引水平均含沙量統(tǒng)計(jì) 單位:kg/m3

3.3 泥沙處理情況

因引黃濟(jì)青工程運(yùn)行初期渠首打漁張泵站未建,渠首沉沙池于1992年底已基本失去自流沉沙能力,自1993年起就因進(jìn)口附近局部淤積而影響了引水工作正常進(jìn)行,亟須對(duì)沉沙池進(jìn)行清淤。因工程范圍以外沒(méi)有規(guī)劃棄淤場(chǎng),在當(dāng)時(shí)條件下不得不把棄淤貼在沉沙池上、中游遠(yuǎn)離主溜溝的大堤內(nèi)坡上,簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)貼式清淤。多年來(lái)內(nèi)貼式清淤,共占用沉沙池內(nèi)沉沙面積117萬(wàn)m2,占整個(gè)沉沙面積的30.40%,導(dǎo)致沉沙效率顯著降低。如再無(wú)限度地繼續(xù)擴(kuò)大內(nèi)貼面積,勢(shì)必嚴(yán)重影響沉沙池的功能。因此自1996年開(kāi)始采取“化整為零、臨時(shí)占用、合理補(bǔ)償、適時(shí)還耕”的方針租地,將淤積泥沙外排。渠首沉沙池自1993年開(kāi)始大規(guī)模清淤,截至2020年,共清淤22次,累計(jì)清淤1190.59萬(wàn)m3,平均每次清淤56.90萬(wàn)m3。清淤方量最大年份為1993年,清淤129.71萬(wàn)m3。歷年沉沙池沉積量和清淤量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表4 歷年沉沙池沉積量和清淤量統(tǒng)計(jì)

4 渠首沉沙池泥沙處理面臨的問(wèn)題

引黃濟(jì)青工程沉沙池自1992年實(shí)施清淤以來(lái),工程當(dāng)?shù)亟ü軉挝坏墓こ碳夹g(shù)人員對(duì)泥沙處理方式和綜合開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行了積極的探索,共處理泥沙1190萬(wàn)m3,其中外排清淤593.65萬(wàn)m3,內(nèi)貼596.35萬(wàn)m3。

泥沙處理對(duì)沉沙池運(yùn)行帶來(lái)了一定影響,面臨如下問(wèn)題:

a.內(nèi)貼式清淤占用沉沙池面積117.20萬(wàn)m2(約1757畝),使沉沙池的沉沙面積減少了1/3,大大降低了沉沙能力。雖然高速公路建設(shè)從沉沙池內(nèi)運(yùn)走了300余萬(wàn)m2的淤土,但受施工方式的限制,還沒(méi)能挖到原沉沙池設(shè)計(jì)高程,還沒(méi)能形成有效沉沙區(qū)域。

b.外排清淤受耕地保護(hù)的限制,有一定的局限性。

c.隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,膠東地區(qū)的用水量越來(lái)越大,年平均引黃河水5億m3,是原設(shè)計(jì)引黃水平的數(shù)倍,平均每年大約50萬(wàn)m3的泥沙進(jìn)入沉沙池,泥沙處理的壓力越來(lái)越大。每年都需要進(jìn)行清淤工作,否則將直接影響膠東地區(qū)的送水任務(wù),影響膠東青煙濰威的供水安全。

5 泥沙利用建議

渠首2號(hào)沉沙池能否循環(huán)可持續(xù)利用,是渠首建管單位面臨的挑戰(zhàn)。為此,渠首建管單位組織工程技術(shù)人員對(duì)渠首沉沙池優(yōu)化利用進(jìn)行了廣泛研究,提出以下開(kāi)發(fā)利用建議。

5.1 拓展泥沙存放空間

由于內(nèi)貼清淤占用沉沙池沉沙面積,影響沉沙功能,盡量不要采用;外排清淤受耕地保護(hù)的限制,有一定的局限性。泥沙處理,有足夠的棄淤場(chǎng)地是關(guān)鍵。因此,要充分地利用周邊可利用的洼地、原已征建設(shè)用地,建立可循環(huán)使用的泥沙臨時(shí)存放地才能保證清淤工作的開(kāi)展。工程建設(shè)時(shí)在高渠右側(cè)征遷了1000余畝土地作為圍筑高渠的取土場(chǎng)地,有670畝被渠首當(dāng)?shù)厝罕婇_(kāi)發(fā)成養(yǎng)蝦池或者林地,濱州分中心正在積極協(xié)調(diào),通過(guò)河長(zhǎng)辦收回被占土地。這1000余畝洼地作為清淤的主要臨時(shí)存放區(qū),周邊其他可用地作為補(bǔ)充存放區(qū),通過(guò)泥沙的利用,可實(shí)現(xiàn)存放區(qū)域的循環(huán)周轉(zhuǎn)使用。同時(shí),還可進(jìn)一步拓展泥沙存放空間,如將泥沙用于黃河大堤淤背建設(shè)等。

5.2 推進(jìn)泥沙資源化利用

5.2.1 作為工程建設(shè)地基用土

沉沙池清淤堆放的泥沙用于道路施工的基礎(chǔ)用土,已有成功的經(jīng)驗(yàn)。2017年,長(zhǎng)深高速?gòu)V饒至高青段建設(shè)期間,外運(yùn)土方370萬(wàn)m3,用于高速公路路基建設(shè);2019年,沾臨高速工程建設(shè),又外運(yùn)土方200萬(wàn)m3,有力地支援了高速公路建設(shè),節(jié)省了取土占地,同時(shí)騰出了沉沙池內(nèi)貼清淤占地,一舉兩得。還要不斷多方開(kāi)源,積極協(xié)調(diào),如205國(guó)道改道工程施工、周邊其他工程用土等,實(shí)現(xiàn)泥沙的有效利用[4]。

5.2.2 作為新型建材原材料

黃河泥沙用于建材產(chǎn)品的生產(chǎn)原材料,有過(guò)許多的探索嘗試,積累了沉沙優(yōu)化利用的寶貴經(jīng)驗(yàn)。一是建設(shè)在2號(hào)沉沙池下游的山東某新型墻體材料有限公司,引進(jìn)了意大利具有世界先進(jìn)水平的技術(shù)設(shè)備,用黃河泥沙生產(chǎn)各種普通燒結(jié)磚、高檔裝飾磚、地磚、裝飾貼片。該公司一期工程投資1.53億元,于2006年5月投產(chǎn),年生產(chǎn)能力2.5億標(biāo)塊。公司前期生產(chǎn)較好,但后期由于經(jīng)營(yíng)、工藝等原因被迫停產(chǎn)。二是成立于2018年的某新型墻體材料有限公司,是占地46畝、職工30余人的小廠,利用沉沙池淤土,外加粉煤灰、礦渣生產(chǎn)煤矸石磚(黃河淤泥白磚),見(jiàn)圖3,變廢為寶,年產(chǎn)量6000余萬(wàn)塊,所生產(chǎn)的磚符合環(huán)保要求和質(zhì)量要求,供不應(yīng)求,效益顯著。年利用泥沙15萬(wàn)m3,為黃河泥沙利用提供了成功案例。

圖3 煤矸石磚及生產(chǎn)車(chē)間

5.2.3 改良低洼鹽堿荒地

澇洼鹽堿地改良主要為淤改土地,其以促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)為主要目的,同時(shí)起到利用黃河泥沙的作用。黃河泥沙中富含多種礦物質(zhì),尤其是汛期泥沙極具肥效且肥力持久。把黃河淤泥作為改良土壤、改堿、壓鹽、平整土地、改善土壤機(jī)構(gòu)的重要原料。臨時(shí)租用地方群眾的瘠薄荒地,使用2～3年,在使用期內(nèi)合理補(bǔ)償,把瘠薄荒堿地改造成良田,還耕前在棄淤場(chǎng)表層覆蓋厚30cm紅黏土。這種方式受到當(dāng)?shù)卣腿罕姷闹С峙c歡迎。1996—2006年,此途徑利用泥沙593.65萬(wàn)m3,改良荒堿地1628畝,產(chǎn)生了較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5.3 減少泥沙的引進(jìn)

近年來(lái)年平均含沙量平均值在1.22～1.46kg/m3,而汛期或調(diào)水調(diào)沙期間[5],含沙量可達(dá)10～20kg/m3。因此,可通過(guò)優(yōu)化引黃調(diào)度,盡量避開(kāi)汛期或者調(diào)水調(diào)沙時(shí)引水,減少引沙量。

6 結(jié) 語(yǔ)

渠首建管單位的工程技術(shù)人員,幾十年來(lái)積極探索沉沙池優(yōu)化利用的途徑,有效延續(xù)了2號(hào)沉沙池的使用壽命,節(jié)約了大量占地資金,取得了顯著的社會(huì)效益。引黃濟(jì)青沉沙池沉沙優(yōu)化利用的探索和嘗試,為引黃灌區(qū)實(shí)現(xiàn)沉沙池循環(huán)可持續(xù)利用,推進(jìn)調(diào)水事業(yè)乃至黃河流域高質(zhì)量發(fā)展積累了成功經(jīng)驗(yàn)。