水库清淤的必要性与可行性分析

任 岗,张文芳

(1.上虞市水利局,浙江 上虞 312300;2.上虞市东进闸管理所,浙江 上虞 312369)

1 问题的提出

水库具有防洪、灌溉、供水、发电等综合利用功能,在经济发展和环境保护方面有着不可替代的重要地位。我国现有的水库多数是在20世纪50—70年代投资兴建,缺乏有效的排沙设计,一些地区水土流失严重,河流含沙量大,加之水库管理不善,经多年运行之后已普遍出现泥沙淤积现象,严重削减了水库的有效库容,影响水库效益正常发挥,甚至影响到水库运行。部分水库泥沙淤积相当严重已处于报废状况,而不少报废的水库由于没有新库可替代仍在使用。水库淤积所损失的不仅是库容,更浪费了建造水库良好的坝址。迄今为止我国比较适合建造水库的坝址已经不多,再选择新的坝址往往要淹没大量优质农田或需要大量移民,成本巨大且容易成为社会不稳定因素。

目前在全国范围内对水库的关注主要还只侧重于开展大规模的病险水库除险加固工作,水库管理单位没有用于水库维修养护的专项资金,更没有水库清淤专项资金,因此对淤积水库的研究和实施清淤以延长水库使用寿命应该是下一阶段的一项重要工作。

2 水库淤积成因及形态[1-2]

水库淤积是一种自然现象,河水中挟带的泥沙在库内沉淀,即为水库淤积。挟沙水流进入库内后,随着过水断面逐渐扩大,流速和挟沙能力沿程递减,泥沙将由粗到细地沉积于库底,造成水库淤积。水库淤积不仅与河流含沙量有关,还与水工建筑物自身结构和排沙设计有关。我国现有水库大部分是修建于20世纪大跃进、文革和农业学大寨时期,限于当时的技术和经济条件,对泥沙淤积分析计算及淤积过程的研究十分匮乏,水库设计标准普遍偏低,对排沙设计考虑不足甚至缺乏有效的排沙设计。

水库淤积的分布形态受入库流量、含沙量、泥沙组成、库区形态、水库调度和泄流建筑物体型等因素影响。多沙河流上水位变幅较小的湖泊型水库,泥沙易于在库尾集中淤积形成类似于河口处的 “三角洲”,并且随着淤积的发展,“三角洲”逐年向坝前靠近。含沙量少水位变幅大的河道型水库,多形成沿库床比较均匀的带状淤积。多沙河流上库容及雍水相对较小的中小型水库,洪水期间库内仍有一定的流速,泥沙被挟带到坝前落淤,形成下大上小的锥体淤积,并逐渐向上游方向发展。

3 泥沙淤积对水库的影响

水库淤积特别是“三角洲”淤积,实际上侵占了水库的调节库容,从而降低了水库的综合利用效益;淤积末端上延,抬高回水位,增加水库淹没、浸没损失;变动回水易使宽浅河段主流摆动或位移。带状淤积将使河床整体抬高,减少了水库的有效库容,影响水库效益的发挥。坝前堆淤特别是锥体淤积,将增加作用于水工建筑物上的泥沙压力,影响坝体的抗滑稳定,且有碍于取水口正常运行,常造成取水口堵塞。同时使进入电站的水流中含沙量增加而加剧对过水建筑物和水轮机的磨损,影响建筑物和设备的效率和寿命。另外,随着泥沙淤积,某些化学物质沉淀,将污染水质,水质的富营养化,并影响水生生物的生长。

4 水库清淤的必要性

我国现有的水库多数缺乏有效的排沙设计,经过多年运行后现已普遍存在泥沙淤积现象,严重削减了水库的有效库容,导致防洪、灌溉、供水、发电等效益也随之降低,特别是近年来天气异常,全国大面积的持续干旱和暴雨洪灾影响下,水库淤积对水库功能的正常发挥影响十分巨大。

水库淤积所侵占的不只是库容,还有浪费了建造水库最宝贵的资源—良好的坝址。目前我国人烟稀少、水源充足的山间盆地多半已修建了水库,今后规划新建的水库不可避免地会遇到移民多和占用大量优质土地等问题,且地形地貌的选择也凸显狭隘。新建水库若计算所占用土地、移民补偿等在内,其实际成本远大于对现有水库的清淤再利用。这种情况下,应用已有的科学技术手段和工程装备条件,实施水库清淤工程,挖掘水库蓄水潜力,充分发挥现有水库的功能,延长现有水库的使用寿命,是十分必要的。

5 水库清淤的可行性

我国对水库淤积的研究开展较早,已取得一定成果,基本具备必需的技术设备和方法。由于水库淤积情况不尽相同,要进行清淤就必须逐一对淤积水库的具体情况进行调查研究,不同的淤积情况采取不同的清淤设备和方法。国内部分大、中水库多利用绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、气力泵和水力吸泥设备进行清淤;小型水库则是结合除险加固用推土机、挖掘机等进行机械挖掘清淤。不同清淤设备的作业水深、清除杂物能力各不相同。

实施水库清淤工程能有效恢复库容,技术上可行,相对成本也较低。清淤恢复库容的成本低于新建水库成本,其优势在于不占用耕地、不产生移民,不损耗建材。清淤改善了水库水质,清出的淤积泥沙可用来制作有机肥、改良土壤和填土造田,可用作制砖或建筑用沙,实现淤积泥沙的资源化产业化利用,“变废为宝”降低了清淤成本。另外将坝前淤积泥沙导入下游河道,“蓄清排浑”减少下游河道因过度采沙造成的河床下切危害。因此,水库清淤在技术上可行的、在经济上是合理的,对保护下游河床是有利的。

6 水库清淤成功案例

近几年,一些省市已经开展了水库清淤试点,例如广东省将科学研究与试点工程紧密结合,清淤与淤积泥沙资源化利用互相促进;杭州市余杭区结合水库除险加固工作开展水库清淤,提高了效率,降低了成本;厦门市以恢复库容和改善水质为目标,结合周边环境综合整治开展清淤工作等积累了宝贵经验。

广东省深圳市石岩水库总库容3 082万m3,是深圳市城市供水网络重要的调蓄和供水水库。该库建库45 a来从未进行过清淤工作,库底淤积导致库容减少。到了2004年,水库水质严重恶化,以至于威胁到深圳的城市供水安全。2005年1月,广东省政协九届三次会议上,民进广东省委会向大会提交了 《关于实施水库清淤工程促进水资源可持续利用的建议》的提案。提案中指出,广东现有水库的淤积情况相当严重,有效库容一般削减20%～40%,水库淤积导致水库防洪抗旱能力及综合效益降低。因此建议省政府根据广东的实际情况,在调查研究的基础上,组织实施水库清淤工程,全面推进水库清淤工作;并积极创造条件,鼓励扶持清淤装备业、工程施工、淤积泥沙利用等相关产业的发展。为了将提案落到实处,广东省水利厅选择深圳石岩水库和梅州合水水库进行清淤试点,石岩水库清淤工程投资3 947万元,恢复库容150多万m3,水质得到了很大改善。

在杭州市余杭区,区内有小 (2)型以上水库27座,其中中型水库1座,小(1)型水库5座,小(2)型水库21座。余杭区在进行除险加固的同时,拨出专款开展清淤工作,利用水库库区放空的有利条件,采取机械挖掘及泥浆泵冲淤等方法进行库底清淤,通过清淤恢复、增加了1 000多万m3库容,相当于新建一个中型水库。

厦门市湖边水库由于淤积产生的严重污染,从2003年起就丧失了作为水源水库的功能,2006年9月,厦门市委、市政府批准了湖边水库综合整治与开发建设项目的方案,并成立综合整治与开发建设工程指挥部,经过2 a多的不懈努力,通过清淤、截污箱涵和护岸建设、补水调水等综合整治措施,湖边水库 “旧貌换新颜”,库容大大增加,根除了污染源,真正为老百姓办了好事实事。

7 实施水库清淤工作的措施和建议

如前所述,水库淤积是一种自然现象,水库在运行过程中无法避免水库淤积,只能采取一系列防淤、减淤措施,减轻水库的淤积。首先要建立各个水库的淤积档案,定期不定期实施库容测量,比照建库时的测量资料,分析淤积成因和淤积量,建立水库的淤积档案;其次在分析基础上,从源头上控制水库的淤积问题,如搞好水库集水范围内的水土治理,在上游来沙较多的支流上修建淤地坝拦泥拦沙,使清水入库,泥沙滞留造田等措施;第三落实水库管理专项资金,其中必须明确用于水库清淤的资金数额,实施“保库清源”工程,确保清淤工作有序开展;第四将水库清淤工作作为水库管理考核的重要内容和指标,落实管理和考核责任。

8 结 语

综上所述,开展水库清淤工程已基本具备必需的技术设备和方法,相关省市也积累了一定的清淤技术和经验。

将水库清淤与除险加固工程相结合,以降低清淤成本。同时水利部有关部门应对如何防治和减缓水库淤积问题加强研究,以促进水资源可的持续利用。实施水库清淤工程意义重大,将为应对旱涝灾害、改善民生、促进经济社会的可持续发展发挥重要作用。

[1]詹道江,叶守泽.工程水文学 [M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[2]周之豪.水利水能规划[M].北京:中国水利水电出版社,2000.