屈 偉，尚志強(qiáng)，張慧艷，尚海靈，蔣 雷

(1.黃河海勃灣水利樞紐事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 烏海 016000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，呼和浩特 010052)

1 黃河海勃灣水利樞紐庫區(qū)相關(guān)情況

1.1 地理位置及基本情況

黃河海勃灣水利樞紐位于黃河干流內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)，下距三盛公水利樞紐87 km[1]，上距黃河石嘴山水文站約55 km、青銅峽水電站約247 km，左岸為烏蘭布和沙漠，右岸為內(nèi)蒙古烏海市(樞紐實景見圖1)。海勃灣水庫的開發(fā)任務(wù)是防凌、發(fā)電等綜合利用，工程主要由土石壩、泄洪閘、電站等建筑物組成，水庫正常蓄水位為1 076.00 m，死水位為1 069.00 m，設(shè)計洪水位為1 071.49 m，校核洪水位為1 073.46 m；水庫總庫容為4.87億m3，回水末端終點位置距海勃灣大壩約33～36 km。電站總裝機(jī)容量90 MW，年發(fā)電量為3.817億kW/h，單機(jī)額定流量為318.2 m3/s，4臺機(jī)組滿發(fā)流量為1 272.8 m3/s[2]。

圖1 黃河海勃灣水利樞紐實景示意

1.2 庫區(qū)淤積情況

根據(jù)水利部批復(fù)的《黃河海勃灣水利樞紐工程初步設(shè)計報告》，水庫設(shè)計淤積量為3 000萬m3/a，運行10 a后淤積剩余庫容為1.84億m3，此后水庫逐漸趨于沖淤平衡，20 a后淤積剩余庫容為0.96億m3，基本達(dá)到?jīng)_淤平衡。海勃灣水利樞紐于2013年下閘蓄水至今，水庫剩余庫容2.8億m3，較設(shè)計運行10 a后淤積剩余庫容多出近1億m3，排沙清淤效果好于預(yù)期(庫區(qū)水體遙感監(jiān)測示意見圖2)。海勃灣水庫屬于平原水庫，水庫運用水位可調(diào)幅度小，在入庫含沙量較高，水流攜沙量較為集中時期，嚴(yán)格控制運行水位，結(jié)合一定機(jī)遇的大流量洪水過程敞泄沖刷，是延緩水庫於積，長期保持一定有效庫容的有效手段[3]。但是“水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”是黃河復(fù)雜難治的癥結(jié)[4]，隨著泥沙淤積導(dǎo)致庫區(qū)右岸流路逐年縮窄，過流能力減弱，主流逐漸偏向庫區(qū)左岸流路，同時庫區(qū)護(hù)岸工程主要集中在右岸布設(shè)，左岸護(hù)岸工程布設(shè)較少，左岸控制主流能力較弱，工程防守十分被動，加之海勃灣水庫庫區(qū)地形總體呈現(xiàn)“上窄下寬，上陡下緩”[5]，調(diào)節(jié)庫容相對較小，近壩段地形開闊，容易淤積，排沙條件差，僅靠自然水動力排沙來恢復(fù)右岸河道的過流能力基本無法實現(xiàn)，需要采取清淤與生態(tài)綜合治理相結(jié)合的措施解決問題。

圖2 2022年6月黃河海勃灣水利樞紐庫區(qū)水體遙感示意

2 黃河海勃灣水利樞紐庫區(qū)清淤主要措施現(xiàn)狀

針對黃河烏海段水沙特點和河道特性，水庫泥沙的處理主要在水庫調(diào)度、人工干預(yù)兩方面進(jìn)行了大量的研究和實踐。

2.1 水庫調(diào)度減緩庫區(qū)淤積措施

充分借鑒了多沙河流已建水庫減淤運用實踐經(jīng)驗，結(jié)合海勃灣水庫入庫水沙特性、地形特點、上游青銅峽水庫排沙對庫區(qū)淤積影響等因素，及時修訂水庫《調(diào)度規(guī)程》和《排沙調(diào)度方案》。

水庫上游247 km處的青銅峽水庫汛期避沙峰排沙，或汛末敞泄沖刷，出庫含沙量均較大，雖然經(jīng)過寧夏河道沿程沖淤調(diào)整，使得進(jìn)入海勃灣水庫的含沙量明顯減小，但仍造成入庫含沙量臨時性增大，而海勃灣水庫的綜合排沙條件較青銅峽水庫差，應(yīng)針對上游水庫排沙情況，按照蓄清排渾、控制增量、減少存量原則，在保證防汛安全的前提下，采取在高含沙量時段降低水位排沙、精確控制流量拉沙排沙、大流量時段敞泄排沙等手段，實施調(diào)度排沙，避免造成庫區(qū)的大量淤積。

2.2 人工干預(yù)減淤措施

在滿足水庫防凌和發(fā)電等開發(fā)任務(wù)的前提下，根據(jù)水庫現(xiàn)狀淤積情況，對庫區(qū)現(xiàn)狀淤積區(qū)域進(jìn)行適度清挖。結(jié)合汛期來水情況，根據(jù)淤積平均厚度、鄰主河槽岸線長度和平面位置，確定清淤位置，擇機(jī)進(jìn)行人工干預(yù)減淤措施，將淤積沙量傾倒主河槽，利用大流量帶走淤沙，減少庫區(qū)的裸露淤積面積，進(jìn)一步減少淤積存量。同時，利用清淤疏浚手段能有效恢復(fù)海勃灣水庫庫容，實現(xiàn)水庫淤損庫容有效恢復(fù)、淤積形態(tài)優(yōu)化，增強(qiáng)海勃灣水庫調(diào)度的靈活性和調(diào)控水沙的能力，充分發(fā)揮其防凌、發(fā)電等綜合功能。

3 泥沙資源綜合利用

海勃灣水庫運行以來，由于水流的分選作用，水庫成為泥沙自動分選的最佳場所，為泥沙資源的分類開發(fā)利用提供了有利的條件。水庫淤積泥沙如果能夠得到合理地利用，將在一定程度上遏制水庫淤積的趨勢，改善泥沙淤積的部位，既是解決水庫泥沙淤積問題最直接有效的途徑，也是充分發(fā)揮水庫功能、維持河流健康的重要舉措。

黃河小浪底水庫位于黃河中下游，小浪底水庫泥沙淤積資源化利用研究成果比較突出[6]，為此運行管理單位多次到黃河小浪底泥沙研究中心調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該中心研制成功的泥質(zhì)粉細(xì)砂固結(jié)劑是一種新型的水硬性能膠凝材料，不僅有良好的抗腐性和耐久性，還可以替代傳統(tǒng)的水泥拌制砂漿和混凝土，而且可以固結(jié)粉砂、粘土、含硫礦渣、泥碎石屑、風(fēng)化砂、粉煤灰(渣)等，并且使用方法簡便，根據(jù)不同施工標(biāo)準(zhǔn)，可以與砂、土等物料混合，計量加水?dāng)嚢杓纯墒褂?，可以不用水泥。利用途徑主要包括：施工道路路緣石和預(yù)制塊，堤防工程護(hù)坡襯砌和預(yù)制塊，河道防汛備防石，堤防防滲截滲墻，河道景觀工程預(yù)制產(chǎn)品。對整治黃河海勃灣水庫泥沙淤積具有一定的借鑒作用；因此，《烏海市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出“加強(qiáng)黃河海勃灣水利樞紐庫區(qū)(烏海湖)及周邊生態(tài)環(huán)境建設(shè)，實施清淤疏浚、灘區(qū)綜合治理等重點工程，逐步完善水沙調(diào)控機(jī)制”。針對海勃灣水庫庫區(qū)不利的河勢調(diào)整，實施右岸河道清淤疏浚，不僅有利于水庫有效庫容長期保持，充分發(fā)揮水庫防凌和發(fā)電的興利作用，而且可改善庫區(qū)河勢、提高右岸河道過流能力，減少左岸庫區(qū)護(hù)岸工程出險幾率，有效減緩防洪壓力。同時水庫清淤泥沙富含氮磷鉀等有機(jī)元素，土質(zhì)肥沃，不含鹽堿性，有利于作物的生長，可就近充填到庫區(qū)右岸的低洼地，用于放淤改土與生態(tài)重建，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

另外煤炭資源開采業(yè)在烏海市工業(yè)經(jīng)濟(jì)中一直占有較大比重，礦產(chǎn)資源開發(fā)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，而礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)需要適合植被生長的表土覆蓋。礦區(qū)主要土壤分布有灰漠土和風(fēng)砂土，厚0.3～1.0 m。土壤呈強(qiáng)堿性，pH值在9.0～10.0之間，表土層有機(jī)質(zhì)含量為0.69%，土質(zhì)貧瘠，肥力低下不太適宜作為治理區(qū)表土使用，礦區(qū)大面積的生態(tài)修復(fù)存在缺少合適表土的問題，可將海勃灣水庫清淤與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)治理統(tǒng)籌規(guī)劃利用，使淤泥作為被治理山體的綠化土壤進(jìn)行就地轉(zhuǎn)換復(fù)綠，在減少海勃灣庫區(qū)淤積的同時，可以利用淤泥質(zhì)地密實、養(yǎng)分充足的特點解決山體植被難成活、易水土流失等問題，實現(xiàn)整體雙贏的效果。

其次，《烏海市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出“提高土地節(jié)約集約利用水平。實施用地總量控制，推進(jìn)工業(yè)用地空間整合，加大對城區(qū)、工業(yè)園區(qū)、農(nóng)區(qū)閑置和空閑用地的整合力度，鼓勵低效用地增容和深度開發(fā)”。海勃灣水庫庫區(qū)右岸存在大量低洼地，低洼地地面比周圍低，中心部位常有積水，土壤的鹽堿化程度較嚴(yán)重，因此不適合在此類地形中種植旱地作物，黃河泥沙是天賜的自然材料，可利用海勃灣水庫清淤泥沙對庫區(qū)右岸低洼地進(jìn)行充填整平，通過生態(tài)修復(fù)對低洼地土壤進(jìn)行改良，改善土壤質(zhì)地，達(dá)到可耕種土地要求[8]。該措施可有效提升土地肥力，擴(kuò)大農(nóng)業(yè)用地面積，促進(jìn)糧食生產(chǎn)，助力烏海市社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)烏海市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展因黃河而興。實際上，黃河泥沙資源利用的本質(zhì)也可以說是從不同角度對黃河治理途徑的一種創(chuàng)新[9]。

4 結(jié)語

在習(xí)近平總書記新時期十六字治水方針和在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上的講話的指引下[10]，我國生態(tài)治理戰(zhàn)略正穩(wěn)步推進(jìn)，為黃河泥沙資源治理和利用提供了良好契機(jī)。進(jìn)一步完善以骨干水庫等重大水利工程為主的水沙調(diào)控體系，優(yōu)化水庫運用方式和攔沙能力為統(tǒng)領(lǐng)，以烏海市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)為導(dǎo)向，從維持黃河健康生命的戰(zhàn)略高度，科學(xué)開展清淤與生態(tài)綜合治理相結(jié)合工作，可保護(hù)改善庫區(qū)水質(zhì)、修復(fù)水生態(tài)、保護(hù)水環(huán)境，構(gòu)建與“五位一體”發(fā)展相適應(yīng)的水資源保護(hù)技術(shù)體系，成為促進(jìn)黃河生態(tài)健康和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[11]。同時依托烏海湖等風(fēng)景名勝區(qū)的自然資源優(yōu)勢，共同形成環(huán)山環(huán)湖水系景觀系統(tǒng)，有效改善烏蘭布和沙漠、庫布其沙漠、毛烏素沙地交匯區(qū)域的生態(tài)環(huán)境，提高自然生態(tài)的修復(fù)功能，將烏海市打造成“沙地綠洲，水上新城”。

綜上，綜合處理利用黃河泥沙[12]，開展清淤不僅能減緩海勃灣水庫的淤積速率，還可進(jìn)一步穩(wěn)定河勢并適當(dāng)恢復(fù)右岸河道過流能力、增加烏海市可耕種土地面積，有利于助推烏海市區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展。同時，充分發(fā)揮水庫清淤疏浚與山水林田湖草沙系統(tǒng)治理融合發(fā)展，更好地彰顯黃河泥沙資源利用的社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境效益，助力烏海市經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展因黃河而興。