萨斯奎汉纳河泥沙沉积处理措施

［美国］B.迈克尔

美国萨斯奎汉纳河下游的科诺温戈(Conowingo)大坝建成于1928年，从大坝建成之日起，其水库中就开始形成泥沙沉积和营养化。萨斯奎汉纳河是马里兰州注入切萨皮克(Chesapeake)湾的最大河流，切萨皮克湾47%的来水量、水中所含的41%的氮、25%的磷和27%的泥沙均来自于萨斯奎汉纳河。

每年有将近300万t的泥沙顺流而下，有超过200万t的泥沙被科诺温戈大坝截留。鉴于水库的堆沙容积已经达到86%，美国地质调查局预计，水库剩余的库容仅够10～15 a使用。然而，水库库容耗尽对切萨皮克湾的(不良)影响可能已经显现。

2012年8月，美国地质调查局发布的一项报告预测，较之1990年(切萨皮克湾的水质)，未来水中的氮负荷将增加2%，磷负荷将增加70%，泥沙沉积增加量可达到250% 。如果不能妥善解决，这些增加的泥沙和营养物负荷将对切萨皮克湾的水质、水草、以及牡蛎和鱼类种群造成严重的影响。

这些(指标)预计的增长，将会给切萨皮克湾流域内的各州(区)，即马里兰州、宾夕法尼亚州、弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州、特拉华州、纽约州和哥伦比亚特区等，带来巨大的挑战。

1 热带风暴“李”

众所周知，暴雨事件对于切萨皮克湾内来自各支流(不仅是萨斯奎汉纳河)的营养物质和泥沙有着主要贡献。马里兰州当地的水质问题与萨斯奎汉纳河的各项(污染)负荷没有关系，需要当地采取行动加以管理，以减少泥沙和营养物质的形成。

2011年的热带风暴“李”将大约400万t泥沙从科诺温戈大坝上游冲刷而下，为大坝增加了足够2 a使用的库容。这是50 a以来对切萨皮克湾有影响的第二大洪水事件(过坝流量达22 031 m3/s)。1972年的艾格尼丝飓风是最大的单次洪水事件，流量达31 149 m3/s。

巨大的挟带悬浮物的水流和随之而来的由于水生植物被淹埋所造成的损失，加之由热带风暴“李”带来的泥沙和营养物质对切萨皮克湾的强烈冲击，突显了为科诺温戈大坝制订一项综合性泥沙管理政策的必要性。

2 流域评估

2011年9月23日，马里兰州环境与自然资源部、萨斯奎汉纳河流域委员会(SRBC)以及“自然保护协会”，与美国陆军工程兵团一起，展开了一项为时3 a、名为“萨斯奎汉纳河下游流域评估”(LSRWA)的研究计划。

这项耗资137.6万美元的研究计划，是以2002年6月的“萨斯奎汉纳河流域委员会泥沙沉积问题工作组建议”为基础，其工作范围包括了被列入资助协议的主要团体前1.5 a的工作。设立“泥沙沉积问题工作组”的目的是为了解决如下问题。

(1)泥沙在萨斯奎汉纳河下游坝后淤积所引发的担忧;

(2)随之而来的泥沙沉积和营养物质的增加;

(3)对切萨皮克湾的影响。

萨斯奎汉纳河下游流域评估研究的经费，75%由联邦资助，25%的经费则根据由美国陆军工程兵团与马里兰州签署的非联邦的成本分摊协议提供。该研究区域中有3座坝，分别为:科诺温戈大坝、霍尔特伍德大坝和安全港大坝。研究的目的是为了制定出行之有效的管理措施，以扩大上述3座大坝水库中的1座(或几座)水库的库容。目前按计划，一份草拟的水库泥沙管理措施清单于2013年夏天提交审核。

第1 a的主要研究工作是附加的数据收集、数据整理和建模。2011年，有2次较大的河道洪水事件，流量超过了科诺温戈大坝处的过流能力(估计值为11 327 m3/s)。第1次洪水是春汛，第2次是9月份的热带风暴“李”。

为了更好地描述峰值洪水的营养物和泥沙的成分，美国地质调查局在2011年2次大洪水事件中收集了额外的水质样本。同时，还收集了沉积物取芯样本、悬浮泥沙和水质样本，以开展详细的评估。这种分析评估对于模型的校准来说非常有必要。更为详细的水深测量研究工作，在科诺温戈大坝下游的萨斯奎汉纳河道断面中开展。

这些数据被用来建立和改进3个评估模型。

(1)用于模拟科诺温戈湖上游河道断面一维流动的HEC－RAS模型;

(2)用于评估科诺温戈湖的二维泥沙输运模型(AdH);

(3)切萨皮克湾水质三维模型。

目前，萨斯奎汉纳河下游流域评估研究计划的工作重心，在于对那些有前景的泥沙沉积管理措施开展评估，并制订相应的费用概算。该项工作旨在通过广泛的文献搜索，找出针对流域及水库具有潜力的泥沙沉积管理策略及措施。这些措施包括(但不限于):

(1)减少产生自流域内的泥沙量(在上游实施“最佳管理实践”);

(2)减少泥沙沉积量，比如:在对切萨皮克湾水质、水生物及鱼类栖息地和生物资源影响最小的情况下，允许泥沙从大坝通过;

(3)增加或恢复泥沙截留容积(拓展水库);

(4)疏浚清淤，比如扩大水库容积;

(5)创新性再利用，比如开发轻质骨料，修复土壤被侵蚀的岛屿;

(6)回土，比如利用沉积泥沙作为垃圾填埋场的覆盖层，回填废弃的矿区或作为农用地土壤。

预计泥沙管理措施草案及经费概算于2013年出台。治沙工作耗资巨大，不可能仅凭某一个机构、联邦、州或私人团体的一己之力来独自推行这些政策的落实。

萨斯奎汉纳河下游流域评估研究工作，不对任何泥沙管理政策的实施负责，但是可以通过各方利益相关者的协作，促成各项政策的制定，并有可能获得政策拨款;同时，也不会要求某一个机构或私人团体单独承担解决泥沙问题的任务。但是，以下工作正在进行之中，即:应确保各方力量，包括萨斯奎汉纳河下游的几座水力发电厂在内组成的联合体，明确其职责，以有效管理大坝上游的泥沙沉积和营养物。

3 解决许可证事宜

马里兰州环境与自然资源部已经决定，将解决科诺温戈大坝的泥沙问题作为该水利设施许可证续期程序的主要事宜。现在的联邦能源管理委员会(FERC)所授予的许可证，将于2014年9月1日失效。

在科诺温戈大坝的许可证续期程序中，马里兰州环境与自然资源部的工作人员将与联邦能源管理委员会、国家海洋和大气局(NOAA)、美国鱼类与野生动物协会、国家公园管理局、萨斯奎汉纳河流域委员会、宾夕法尼亚州环境部、鱼类与航务委员会以及以及自然保护协会紧密合作。

同时，在办理许可证续期过程中，还有其他一些问题需要解决，比如鱼类通道、流量管理、水质问题、(水流中的)漂浮物管理、鱼类问题、珍稀濒危物种、土地保护及修复等。虽然在这个极具挑战性的许可证续期过程中，所有问题必须得以解决，但泥沙管理却是其中最为重要的议题。不过，泥沙管理问题也将给予马里兰州独一无二的机遇，以促成制定一个能够解决长期存在的泥沙问题的方案。