李志晶，姚仕明，楊緒海，金中武，周銀軍

(長江水利委員會長江科學(xué)院，430012，武漢)

一、研究現(xiàn)狀

水庫泥沙淤積導(dǎo)致防洪興利庫容減少，縮短水庫使用壽命，降低水庫綜合效益，已成為廣泛關(guān)注且一時難以妥善解決的世界性難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球大型水庫的泥沙淤積導(dǎo)致庫容損失約0.8%，約損失600億m3庫容，而我國大型水庫年均庫容淤損率達(dá)2.3%，高于世界平均水平。其中，長江流域水庫約5.2萬座，總庫容約4100 億m3，庫容年淤損率為0.6%～0.8%，相當(dāng)于每年損失庫容20億m3以上。

為此，國內(nèi)外學(xué)者針對水庫清淤及排沙減淤開展了大量研究，主要包括水庫清淤的工藝、技術(shù)及其特點(diǎn)、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等，以及采用數(shù)學(xué)模型和物理實(shí)驗(yàn)等手段研究水庫排沙的評估指標(biāo)、泥沙監(jiān)測手段和實(shí)施途徑。盡管如此，水庫清淤技術(shù)及效率仍然面臨重重困難與挑戰(zhàn)，如存在排沙效率低、造價及運(yùn)行成本高、操作不慎易導(dǎo)致庫區(qū)二次污染、水庫清淤物如何處置等問題。同時，泥沙作為一種自然資源，具有一定的社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值，合理利用可有效緩解當(dāng)前砂石資源短缺的問題。

針對水庫清淤物的處置及綜合利用問題，江會昌等通過建立BOT（build-operate-transfer）模式處理三峽庫區(qū)淤積泥沙，分析了企業(yè)的靜態(tài)投資回收期；陳吟等結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指出了水庫泥沙資源化的可實(shí)現(xiàn)途徑；楊會臣和王培綜述了底泥處理及資源化利用技術(shù)，指出了未來淤泥資源化利用的主要發(fā)展方向；陳曉東對紅崖山水庫清淤及清淤料進(jìn)行綜合利用設(shè)計(jì)，并成功應(yīng)用于紅崖山水庫加高擴(kuò)建工程，技術(shù)方案實(shí)施效果良好。盡管如此，現(xiàn)有研究對水庫清淤物的處置原則、處置要求及綜合利用等涉及較少，且缺乏水庫清淤物的相關(guān)處置標(biāo)準(zhǔn)和控制指標(biāo)。針對上述問題，本文提出水庫清淤物“三化”處置原則，為水庫庫容管理規(guī)范化建設(shè)提供參考借鑒。

二、研究水庫清淤物處置原則的思路

目前，國內(nèi)針對固體廢棄物的污染防治，已有相當(dāng)完善的處理方式及標(biāo)準(zhǔn)要求，即固體廢棄物處置必須遵循“三化”處理的原則導(dǎo)向。首先是無害化，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段（如熱解、分離、焚燒、生化分解等）對廢棄物進(jìn)行處理，使其不對環(huán)境產(chǎn)生污染，不對人體健康產(chǎn)生影響；其次是減量化，通過采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段，不僅減少固體廢棄物的產(chǎn)生量，還盡可能減少其種類，降低危險廢棄物中有害成分的濃度，減輕或清除其危害特性等；最后是資源化，采取各種管理和技術(shù)措施，使廢棄物經(jīng)過處理后可直接變成產(chǎn)品，或轉(zhuǎn)化為可供再次利用的二次原料，這樣不但減輕了固廢的危害，還可以節(jié)約資源，同時獲得經(jīng)濟(jì)效益。

對于水庫清淤物而言，可以參照固體廢棄物“三化”處理模式，去除有害元素和污染成分，同時保留有機(jī)成分，這樣既能實(shí)現(xiàn)水庫清淤物的資源化利用，也能充分發(fā)揮清淤物的經(jīng)濟(jì)價值?；诖耍疚慕梃b固體廢棄物“三化”處理原則，初步提出水庫清淤物處置及綜合利用的實(shí)施途徑及控制指標(biāo)。

三、水庫清淤物處置原則及利用控制指標(biāo)

水庫清淤物處置及利用應(yīng)遵循因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)保、科學(xué)有序的原則，依據(jù)技術(shù)可行性和成熟度，采用多種形式進(jìn)行資源化利用。清淤物處置及利用的“三化”原則主要包括水庫清淤物的無害化處理、減量化處理、資源化利用。

1.無害化處理

對于含污染成分的水庫清淤物應(yīng)進(jìn)行無害化處理，處理前應(yīng)對清淤物進(jìn)行污染成分分析，以確定相應(yīng)的處理方法。對于含污染成分的清淤物，可采用沉淀池、水力旋流器和篩分裝置等物理分離措施進(jìn)行預(yù)處理，以減少清淤物的污染成分，改善其物理性質(zhì)。經(jīng)過預(yù)處理后，再采用化學(xué)工藝、生物工藝、熱工藝和固定工藝等進(jìn)一步降低、去除或固定清淤物中的污染物。

除污達(dá)標(biāo)的清淤物可進(jìn)行堆置、填埋、轉(zhuǎn)運(yùn)、排放或資源化利用，堆置或填埋處理應(yīng)滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）和《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599—2020）的相關(guān)要求。清淤物無害化處理產(chǎn)生的余水可采用物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)綜合法或生物法進(jìn)行處理，且余水處理效果宜進(jìn)行第三方評估，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）中二級標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，方可進(jìn)行排放。當(dāng)排放補(bǔ)入河道時，可能會對周圍環(huán)境和水域造成二次污染或地下水水位升高等不良影響，應(yīng)采取工程或非工程措施進(jìn)行防范。目前沒有余水排放的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，其排放標(biāo)準(zhǔn)由當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門根據(jù)受納水體的水質(zhì)情況和水質(zhì)目標(biāo)自行制定。

2.減量化處理

針對不同狀態(tài)下的清淤物，應(yīng)結(jié)合場地、河道等現(xiàn)場條件分析堆置、填埋、轉(zhuǎn)運(yùn)的可行性，采取相應(yīng)的減量化處置方式。

對于非流動狀態(tài)的清淤物，可采取自然晾曬、井點(diǎn)降水、插排水板、真空降水等措施降低含水率，然后采用碾壓、強(qiáng)夯、真空預(yù)壓、堆載等壓密方式進(jìn)行物理固結(jié)，也可采用添加材料改性的方式進(jìn)行化學(xué)固結(jié)。而對于流動狀態(tài)的清淤物，在用地寬松、工期要求不高的情況下，可通過重力沉淀、表水溢流、表層晾曬、軟基處理等方法進(jìn)行處理；在用地緊張、工期較短的情況下，可采取機(jī)械脫水或化學(xué)固化處理。

清淤物脫水應(yīng)根據(jù)處置利用方式和條件合理確定含水率，以滿足運(yùn)輸和填埋要求，或進(jìn)一步綜合利用。對于脫水后含水率不超過80%且有機(jī)質(zhì)含量高的清淤物，可用高壓泵送的方式直接投加到熱電廠、垃圾焚燒廠等鍋爐爐膛內(nèi)焚燒。通過對國內(nèi)應(yīng)用這種方式的企業(yè)（如寧波明耀環(huán)保熱電廠、南京協(xié)鑫熱電廠等）調(diào)研論證，燃料中淤積泥沙比例一般不超過20%。

3.資源化利用

清淤物的資源化利用應(yīng)綜合考慮其粒徑組成、有機(jī)質(zhì)含量等物理化學(xué)特性和區(qū)域資源化利用需求，根據(jù)技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性和生態(tài)環(huán)保可行性等因素，選擇不同的資源化利用方式，主要包括農(nóng)林業(yè)利用、工程回填利用、建筑材料利用等。

（1）用于綠化種植土

受水流懸移質(zhì)細(xì)顆粒泥沙（粒徑小于0.1 mm）吸附作用的影響，清淤物含有豐富的礦物元素和有機(jī)質(zhì)，這對于改良土壤、改善土質(zhì)、提高農(nóng)（林）作物產(chǎn)量具有重要意義，同時必然會吸附少量污染物和重金屬元素，對水質(zhì)和水環(huán)境造成一定污染。因此，對于無害化處理后含泥量較多且有機(jī)質(zhì)含量不低于一定閾值的清淤物，可用于土壤改良和農(nóng)（林）作物種植。

為此，基于固體廢棄物及污染物處理標(biāo)準(zhǔn)，參考《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）和《綠化種植土壤》（CJ/T 340—2011）中相關(guān)限值要求，并結(jié)合三峽和陸水水庫清淤及資源化利用實(shí)踐，重點(diǎn)考慮重金屬含量、酸堿性、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)含量、滲入率、種子發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)，提出了清淤物用于綠化種植土的控制指標(biāo)及限值，如表1所示。

表1 清淤物用于綠化種植土的控制指標(biāo)

（2）用于建筑材料

受庫區(qū)沿程河道水力特性和水流分選的影響，粗顆粒砂石（粒徑大于2.0 mm）等推移質(zhì)往往沉積于庫尾，而懸移質(zhì)粗顆粒泥沙（粒徑0.1～2.0 mm）一般沉積于庫區(qū)和壩前。砂卵石和清淤泥沙經(jīng)過一定生產(chǎn)工藝和添加特定原料，可生產(chǎn)制造建筑用磚、混凝土砌塊、高級玻璃、建筑陶瓷等，也可作為性能優(yōu)良的建筑材料和混凝土原料。因此，無害化處理后的清淤物可用于建設(shè)房屋、道路、橋梁、大壩等工程。

為此，基于建筑材料規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，參考《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2022）和《建設(shè)用卵石、碎石》（GB/T 14685—2022），并結(jié)合沙灣水庫清淤及資源化利用實(shí)踐，充分考慮重金屬含量、酸堿性、含水率、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)，提出清淤物用于制磚、陶粒、水泥熟料添加等建筑材料的控制指標(biāo)及限值，如表2所示。

表2 清淤物用于建筑材料的控制指標(biāo)

（3）用于工程回填或防滲

庫區(qū)壩前淤積物的泥沙組成主要為粉細(xì)沙和淤泥質(zhì)粉土，以沙粒（粒徑0.062～2.0 mm）與粉粒（粒徑0.004～0.062 mm）為主，含少量黏粒（粒徑小于0.004 mm）。對于以粉細(xì)沙和淤泥粉土為主的清淤物，還可用于工程回填或壩體加高培厚的防滲材料。

為此，基于水工建筑物土方回填規(guī)范和堤防工程技術(shù)規(guī)范，參考《河湖淤泥固化土資源化利用技術(shù)導(dǎo)則》（T/GDAEPI 10—2022），結(jié)合沙灣水庫清淤及資源化利用實(shí)踐，充分考慮重金屬含量、酸堿性、含水率、有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)，提出了清淤物用于工程回填利用材料的控制指標(biāo)及限值，如表3所示。

表3 清淤物用于工程回填的控制指標(biāo)

四、沙灣水庫清淤物處置及綜合利用實(shí)踐案例

1.沙灣水庫基本情況

位于四川省樂山市大渡河下游的沙灣水庫于2008年12月截流，2010年開始蓄水運(yùn)用。截至2019年年底，沙灣水庫正常蓄水位以下庫容損失約1200萬m3，損失率約25%，壩前約4.0 km范圍內(nèi)泥沙淤積最大厚度達(dá)9.17 m，累積平均淤厚5.27 m。灘槽均呈不同程度淤積態(tài)勢，邊灘局部最大淤積厚度約為12.0 m，主槽局部最大淤積厚度約為5.0 m。沙灣水庫防洪及調(diào)節(jié)庫容逐步減小，特別是有效庫容淤損，顯著降低了水庫的防洪能力，嚴(yán)重限制了水庫的發(fā)電效益，深刻影響了水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境。

2.水庫清淤處置方案及綜合利用對策

基于沙灣水庫淤積現(xiàn)狀，經(jīng)過對庫區(qū)可清淤區(qū)域的泥沙淤積勘察及分析，明確了沙灣庫區(qū)的清淤泥沙量以及不同組分含量，對沙灣庫區(qū)實(shí)施生態(tài)清淤工程。主要是對壩前1.5～3.2 km范圍實(shí)施清淤，清淤面積為51.22萬m2，清淤總量為103.26萬m3，平均清淤厚度為2.01 m。

沙灣庫區(qū)典型斷面不同深度的泥沙取樣分析結(jié)果（見表4）表明，庫區(qū)淤積泥沙樣品土體密度較為穩(wěn)定，總體處于2.73～2.74 g/cm3之間。清淤泥沙以中細(xì)砂為主，同時含有少量較細(xì)泥沙組分，近壩址區(qū)域（距壩址約465 m處）含泥量相對較高，為13.0%～15.5%。隨距壩里程增大，含泥量顯著減小，距離壩址1350～2760 m處含泥量僅為3.8%～6.2%。

表4 沙灣水庫典型斷面鉆探取樣篩分試驗(yàn)結(jié)果

沙灣水庫清淤泥沙的各項(xiàng)物化檢測結(jié)果（見表5）表明：庫區(qū)泥沙的富含元素及成分含量中，鎘、汞、砷、鉛、銅、鎳等金屬元素的含量均在“三化”處理及利用的控制指標(biāo)范圍內(nèi)，有機(jī)質(zhì)含量也滿足資源化綜合利用的要求，不同深度下的pH 值均為8.8。經(jīng)綜合檢測鑒定分析，沙灣庫區(qū)的清淤泥沙由于pH值略大，有機(jī)質(zhì)含量偏小，不可用于綠化種植土，采取減量化處理降低含水率后，可用于建設(shè)用砂和回填土，支持和保障防洪工程、道路工程等工程建設(shè)。

表5 沙灣水庫不同深度下泥沙的物化特性檢測指標(biāo)及結(jié)果

3.清淤物“三化”處理實(shí)踐及成效

沙灣水庫的清淤物成分及含量已達(dá)到無害化控制指標(biāo)，經(jīng)余水處理和減量化處理降低含水率（＜40%）后，清淤泥沙量共計(jì)約103.26 萬m3。其中，粒徑組成≥0.1 mm的泥沙總量約為96.03萬m3，占清淤總量比例為93%，粒徑組成＜0.1 mm 的泥沙總量約為7.23萬m3，占比7%。粗砂和細(xì)砂均已符合“三化”處理控制標(biāo)準(zhǔn)，針對性提出了不同級配的泥沙資源化利用方案，均已獲批實(shí)施。

對于粒徑≥0.1mm的較粗泥沙，一方面用于沙灣庫區(qū)葫蘆堤防防洪工程的混凝土粗、細(xì)骨料以及填筑料，建設(shè)堤防工程總長5384.34 m；另一方面定向用于高速公路、省道等重點(diǎn)項(xiàng)目的建設(shè)，有效滿足了沙灣區(qū)及周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)對于砂石料的需求。

對于粒徑＜0.1 mm的較細(xì)泥沙，用于沙灣區(qū)沫東村附近和嘉華村附近的造地回填，造地面積合計(jì)599.80畝（1畝=1/15 hm2），回填平均厚度分別為2.9 m和3.1 m，基本將庫區(qū)清淤泥沙中的細(xì)顆粒泥沙充分利用。

清淤泥沙的資源化利用有力促進(jìn)了樂山沙灣區(qū)經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)發(fā)展，有效提高了水庫清淤物的資源化利用率，顯著改善了當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，大力推動了當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)。雖然利用過程中由于砂石加工系統(tǒng)、含油污水和混凝土拌和、砂石料粉碎等可能對區(qū)域水質(zhì)和空氣環(huán)境產(chǎn)生一定影響，但是通過嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的保護(hù)措施，均有效控制了對環(huán)境的影響。

五、結(jié) 論

基于固廢“三化”處理原則，分析了水庫清淤物處置及綜合利用的控制指標(biāo)及限值要求，主要為無害化處理、減量化處理、資源化利用。含污染成分的清淤物應(yīng)進(jìn)行無害化處理，且余水處理達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行排放。減量化處理應(yīng)充分考慮清淤物的不同流動狀態(tài)以及場地、河道等現(xiàn)場條件。資源化利用應(yīng)綜合考慮清淤物粒徑組成、有機(jī)質(zhì)含量等物化特性和利用控制標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)參數(shù)指標(biāo)滿足一定閾值范圍，可分別用于綠化種植土、建筑材料和工程回填，該原則及資源化利用標(biāo)準(zhǔn)成功應(yīng)用于沙灣水庫并取得了良好成效。