水库清淤是缓解水资源危机的有效途径

周鹏

摘要：目前，我国人烟稀少、水源充足的山间盆地大多数已修建了水库，今后规划新建的水库必然会遭遇造价高、移民多与占用大量优质土地等一系列问题。面对这种情况，应用已有的科学技术手段与工程装备条件，启动实施水库清淤工程，挖掘蓄水潜力，充分发挥现有水库的功能，是缓解水资源危机的有效途径。

关键词：水库；清淤；水资源危机；措施

中图分类号：P343文献标识码： A

引言

水库具有灌溉、防洪、供水、发电等重要功能，在经济发展和环境保护方面有着不可替代的重要地位。我们现有的水库多数是在上世纪50-60年代投资兴建的，缺乏有效的排沙设计，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。

一、水库淤积成因及形态

水库淤积属于自然现象，指的是河水中挟带的泥沙在库内沉淀。挟沙水流进入库里之后，伴随过水断面的不断扩大，流速与挟沙能力沿程递减，泥沙会由粗到细地沉积于库底，形成水库淤积。水库淤积跟河流含沙量机器水工建筑物自身的结构与排沙设计都有直接关系。我国的大多数水库都是于20世纪大跃进、文革与农业学大寨时修建而成的，受到那时候的技术条件与经济条件的限制，对泥沙淤积分析计算、淤积过程的研究力度不够，水库设计标准全都不高，没有周全的考虑排沙设计甚至在排沙方面缺乏专业有效的设计。

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是影响水库淤积的分布形态的主要因素。多沙河流上水位变幅较小的湖泊型水库，在库尾集中很容易淤积泥沙形成与河口处类似的“三角洲”，且伴随淤积的不不断发展，“三角洲”逐渐会靠近坝前。含沙量少水位变幅较大的河道型水库，一般都会形成带状淤积，且其沿库床比较均匀。多沙河流上库容和雍水比较小的中小型水库，洪水期间库内依然有一定流速，泥沙被挟带到坝前落淤，产生下大上小的锥体淤积，并渐渐往上游方向发展。

二、泥沙淤积对水库的影响

水库淤积尤其是“三角洲”淤积，其实是对水库调节库容的侵占，从而使得水库的综合利用效益降低了；淤积末端上延，将回水位抬高，使得水库淹没、浸没损失增加；变动回水让宽浅河段主流容易发生摆动或者位移现象。带状淤积则会抬高整体河床，使得有效的水库库容大大减少，对水库的整体效益造成了影响。坝前堆淤尤其是锥体淤积，将会使使得水工建筑物上的泥沙压力增加，对坝体自身的抗滑稳定性造成影响，且妨碍了取水口的正常运行，往往导致取水口发生堵塞。同时增加了进入电站的水流含沙量从而进一步加快了过水建筑物和水轮机的磨损，使得建筑物、设备的使用效率和使用寿命大大降低。除此之外，伴随泥沙淤积，某些化学物质沉淀，把污染水质，水质的富营养化，并对水生生物的生长有严重影响。

三、水库清淤的必要性

（一）清淤造价低

增加或恢复水库的蓄水量，有加高坝高( 以下简称“增容”) 和清淤两种方案。以某水库为例，对两种方案进行理论测算比较。

1、 增容方案

加高1.0 m坝高需土方1.92万m3，护坡石方580m3，溢洪道处理混凝土方120m3，需120万元；征地22.5hm2 ，按照2010年粮食价格计算，征地费为438.0万元。工程总费用558.0万元。增加1.0m坝高可使得蓄水量增加55万m3， 蓄水量每增加1m3造价为10.15元。

2、清淤方案

清淤运用挖掘机挖土、自卸车运土和挖泥船的施工方法。施工过程中挖掘机挖土用于水面以上，自卸车运到淹没线之外进行存放，费用是11. 59元/m3；挖泥船清淤运用在水面以下，费用为6.1元/m3。处于对两种施工方法的考虑各用50%，那么清淤的平均费用为8.85元/m3 ，也就是每增加1m3 蓄水量其费用为8.85元。观察两种方案计算结果可得出，增容方案增加单位蓄水量比清淤方案的造价高，主要是由于征地费用过高。

（二）改善水质

水库水体的主要污染源是农业生产与群众生活垃圾。按照北方土地施肥方式每年施用化肥(折标) 量10kg /666.7m2，按照土壤残留量25% 计算，每一年残留2.5kg /666.7m2，这些残留化肥随土壤流失到水库淤积，严重污染了水库水质，是造成水库水质呈富营养化的主要原因之一；水库淤积的泥砂颗粒是比较细的，涌浪会造成其在水体中悬浮，从而使水体悬浮质含量增加，导致库水浑浊，进一步加剧了水质的污染。水库清淤将大量的淤泥中的有机质清除，使得水质的富营养大大降低，一定程度上提升了水体的溶解氧含量，对于水生植物与动物的生长十分有利；水库清淤将淤泥中的细小泥砂颗粒清除从而使悬浮质的来源减少，能够很好的净化水质。水库清淤是主要的运用物理方法改善水质措施和有效途径。

（三）节省土地资源

水库清淤主要是清除淤积在库区内的泥砂，与蓄存同体积的水量置换，无需将水库现有的坝高与淹没线高程改变，不牵扯征地、移民等。增加坝高、水库蓄水量往往需要征用较多的优质的农田。据相关计算，山区小型水库蓄水量每增加1m3 需占用0.3～0.5 m2的土地。我国对基本农田管理的管理制度要求非常严格，相关条例规定，“国家能源、交通、水利等重点建设项目选址是不能够避开基本农田保护区的，需要占用基本农田，涉及农用地转用或征用土地的，一定要经国务院批准。”小型水库增容是不是属于“重点建设项目”还需要进一步的商讨，且审批手续繁琐、时间长，征地审批有很大难度。水库清淤不涉及征地，可节省大面积的土地资源。

（四）容易施工

现阶段，水库清淤主要运用的机械为挖掘机挖土、自卸车运土；挖泥船用来挖土、管道输送；重点采用水库清淤泵抽吸砂土、管道输送等方法进行施工。施工机械和人员比较少，施工技术掌握起来非常简单，气候对其影响比较小，冬天也能正常施工。

（五）淤土开发利用前景广阔

伴随耕地保护和土地管理法律、法规的贯彻实施和政府对乱挖滥采行为的打击，有机土已逐渐成了紧缺资源。库区淤土土质肥沃，有机质含量通常大于7%，是优质的配制农作物育苗，林木苗木繁育，花草等营养土的土壤。目前已有专业的公司运用泡泽淤泥、渠道清淤泥土、水库清淤泥土配制、销售各类营养土，且销售的范围在渐渐扩大，销售量也在不断上升。水库淤土的开发和利用有着十分广阔的前景。

三、水库清淤的可行性

我国在水库淤积的研究还是比较早的，因此也有了不错的成果。因为水库淤积有不同的情况，要开展清淤工作就得对淤积水库的情况一个个进行具体的调查研究，淤积的情况不同所要采取的设备和方法也就不同。国内有些大、中水库都是运用绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、气力泵与水力吸泥设备进行清淤；小型水库则是与除险加固相结合用推土机、挖掘机等机械来挖掘清淤的。设备不同，其作业水深、清除杂物能力也不同。实施水库清淤工程可以使库容有效回复，技术方面是比较可行，成本相对也不高，不占用耕地、不需要移民，也不会对建材造成损耗。

清淤可以改善水库水质，清出的淤积泥沙能够用来制作有机肥、改良土壤、填土造田，也能用来制砖或者建筑用沙，使淤积泥沙资源能够实现产业化的利用，“变废为宝”，从而使清淤成本有效降低。除此之外，在下游河道中导入坝前淤积泥沙，“蓄清排浑”将下游河道由于过度采沙引起的河床下切危害减小。所以，水库清淤无论是在技术上还是经济上都是可行的，且还能够对下游河床很好地进行保护。

四、新时期水库清淤技术

（一）小型水库清淤装置

根据当前传统的河道及水库清淤方式，分析不同装置的优缺点，综合来看，新时期，河道与水库的清淤，需要操作简单、价格低廉、安全可靠、便于维修的运行装置，这样的装置可以连续在水下运行，通过吸收国内外相关领域的经验，提出小型的清淤设备，该设备携带螺纹的铰刀挖掘装置，具有强力泥泵吸排装置，且配备橡胶履带行走装置。对传统的清淤设备进行改造，将操作系统、发动机与驾驶室进行拆离，剩下的机体则称为水下行走工作装置，螺纹的铰刀装置用于水下淤泥的挖掘与搅拌，水下电机用于泥浆泵的驱动，整个设备可采用岸电进行供电。整个设备的操控由电信号进行控制，如果在操作以及检修的过程中发现一些故障，则依靠小型的船舶进行相关的辅助，做好辅助方面的工作。分析整个小型清淤装置的构成，整个设备由六大模块构成，分别是液压系统、吸排泥系统、切削挖掘装置、底盘行走装置、检测显示系统与水上操控系统构成。设备进行工作时，行走系统的驱动与推动作用促使整个水下的装置由水下土体进行不断的推

进，通过螺旋铰刀的旋转，对淤泥进行切削，搅拌后的泥浆被推送至泵的吸口处，泥浆由泥浆泵进行推送至岸边。而清淤装置遇到较厚的土层时，则工作臂会协作进行工作，将断面进行切削，工作臂反复进行工作，提高整体工作效率。如果水下装置不处于工作状态，对行走的马达进行供油，便能有效的实现马达的前进与后退，如果装置的两个马达的转动方向是相反的，则设备会原地打转，这样所需的活动空间是极小的。小型水库清淤装置可以在以下小型的闸门、隧道、涵洞中进行工作，且具有众多功能，能进行挖掘、清障、钻孔等工作，促进一机多用，提升整体工作效益。

（二）气举清淤装置

气举清淤装置是一种新型的清淤工作，此装置具有突出特点，能有效结合振荡脉冲射流与气力输送系统。由振荡脉冲的喷嘴处产生的脉冲射流具有高效的破碎功能，冲击力在破碎岩层的同时，使得淤泥的抽取与开采的工作同时进行。气举清淤装置具有突出的特点，在整个清淤的过程中，抽吸泥土的深度是可以不受限制的，清淤装置甚至可以抽取至岩层以下数百米的泥土，整个装置没有旋转的工作部件，且装置的排淤管与吸淤管的通径是一致的，因此装置可以迅速实现排淤，且经由装置吸入的淤泥可以排送至指定的地点。输送的地点与距离都是准确且可计量的，最远可输送至20 km外，安装探测器与雷达液位装置的气举清淤装置，可以在清淤的同时，有效的保护河床，使河床免遭破坏。下面是对该装置的运行原理与特点进行分析，气举清淤装置需要利用振荡脉冲射流的破碎原理，射流的核心则是振荡腔，经喷嘴射出的流体，在振荡腔中形成流束。剪切层的出

现，使流束在出口处形成压力脉冲。经由扰动、剪切层选择放大、碰撞、反馈，这一循环闭合的过程，形成高速的脉冲射流。射流至下游时，受到反复的碰撞，压力会进一步加大，在这个反复的过程中，形成自激振荡，使得射流具有强大的破碎能力。整个气举清淤装置由气举、吸淤管、高压水泵、柴油发电机、卷扬机、固液分离装置、振荡脉冲喷嘴构成，装置具有强大的清淤效果。在一个滨海砂场的现场实验中，在含沙量900kg/m3，且压缩空气的流量处于18m3/min以上时，气举清淤装置能够达到吸砂110t/h以上，装置在压缩空气压力、吸管、输入管状态俱佳的时候，达到良好的抽取与吸附效果。

五、实施水库清淤工作的措施和建议

（一）安排专项资金，启动水库清淤工程

结合国家扩大内需、促进经济增长的措施，增加安排专项资金启动实施水库清淤工程。安排水库清淤专项资金不应挤占原有病险水库除险加固资金。

从现阶段情况而言，大型水库淤积不是很严重，中小水库淤积则较为严重，特别是有些中小型水库及山塘水库。中小型水库在枯水期很容易排干，给清淤创造有利条件。因此，中小水库可以作为现下水库清淤工作开展的重点，将水库清淤与除险加固工作相结合，以使清淤成本有效降低。

（二）开展专项调研，摸清淤积情况

建议水利部门结合全国病险水库排查工作，在全国范围开展水库淤积情况的普查。在了解情况的基础上，对水库淤积严重程度、影响范围等综合进行考虑，按照轻重缓急部署清淤工作。

（三）探索因地制宜的清淤模式，积累经验

目前一些清淤工作试点已经初步取得了一些经验，建议水利部门及时调研，进行总结推广。鉴于各地情况不同，各类水库情况不同，应在总结已有经验的同时进一步分类开展试点工作，选择典型省份的典型水库率先开展清淤工作，为下一步大规模的全面清淤积累经验。

（四）鼓励清淤工作与水库日常运行维护相结合，建立清淤长效机制

我国大多数河流含沙量较高，水库泥沙淤积的现象在短期内是不可能改变的，水库清淤也不可能一劳永逸。要积极探索建立水库清淤长效机制，给水库管理部门配备相关设备，定期开展清淤工作，使清淤工作能够实现常态化。试行按清淤量拨款补助，且出台税收减免政策，鼓励发展淤积泥沙资源化产业。

（五）开展清淤科研攻关，提供支撑技术体系

建议水利部门联合科技部门，立项开展对清淤技术的进一步研究；对清淤装备进行科技改进，以保证清淤时水库水质不受二次污染；进一步开展对水库淤积泥沙资源化利用的科研，以“化害为利”为构想，实现淤积泥沙的资源化产业化利用，降低清淤成本。

结语

水库清淤工程有着投资省，节约土地，可以很好地净化水质，方便施工的优点，是恢复水库设计库容，缓解水资源危机的有效途径。因此，水利部门一定要把水库清淤工作纳入专题进行调研，在对已有的经验进行总结的同时加强分类开展试点工作，为大规模的全面清淤积累更多丰富的经验；积极探索建立水库清淤的长效机制，为水库管理部门配备必要的清淤设备，定期进行清淤；研制开发新设备，确保清淤时水库水质不受二次污染；进一步研究水库淤土资源的开发利用，有效节约成本。

参考文献：

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