关于推进水库清淤工作的研究与建议

张士辰，盛金保，李子阳，杨正华

（水利部大坝安全管理中心，210029，南京）

关于推进水库清淤工作的研究与建议

张士辰，盛金保，李子阳，杨正华

（水利部大坝安全管理中心，210029，南京）

基于对我国水库淤积现状的调查分析，剖析了水库淤积成因和危害，认为水库淤积普遍存在，危害巨大，开展水库清淤工作十分必要；对水库清淤实践与研究进展情况进行了总结，提出目前制约清淤工作的主要因素包括清淤决策理论和方法不完善、清淤一次性投资规模大、淤积物处置和资源化利用低、清淤长效机制尚未建立四个方面；建议加强水库淤积基础信息管理，深化清淤技术研究，尽快开展清淤试点，加快建立淤积管理长效机制，有序推进水库清淤工作。

水库；清淤；试点；投资；资源化利用；长效机制

我国拥有各类水库9.8万座，为有效减轻水旱灾害，满足城乡饮水安全、防洪安全、粮食安全、能源安全等起到重要作用。我国大多数水库兴建于20世纪50—70年代，由于冲（排）沙设施不足和水资源短缺，经过数十年运行，普遍存在不同程度的淤积，降低了水库供水保障能力与兴利效益，削弱水库防洪功能，损害水生态环境，甚至导致水库报废。各地清淤需求迫切，开展国家层面水库清淤工作技术上可行，是今后水库管理和病害治理领域新的工作着力点与发展方向，是一项民生工程和德政工程。

一、我国水库淤积现状及原因分析

1.水库淤积现状

目前，我国尚未系统地掌握水库淤积基础数据和特征信息。据有关研究，我国水库平均年淤积速率（水库平均年淤积量与总库容之比）为2.3%，大于国外水库淤积速率（如阿尔及利亚1.8%、日本1.02%及美国0.24%），部分水库淤损库容达30%以上，北方河流尤其是黄河中游水土流失严重地区的水库淤积情况尤为突出，如陕西王瑶水库以防洪、灌溉及供水为主要功能，1972年投入使用时总库容为2.03亿m3，由于泥沙淤积影响，2002年时总库容仅剩8 866万m3，减少11 434万m3（淤积库容占56%）。

2012年水利部组织对山西、陕西、贵州、江西4个典型省份水库淤积情况进行了调查分析。经统计，山西省现有水库731座，总库容47.65亿 m3，淤积库容约 16.20亿 m3，淤积率34%。陕西省现有水库1 019座，总库容40.43亿m3，淤积库容约13.75亿m3，淤积率34%,每年减少蓄水17亿m3，1978—1998年间因淤积报废水库438座（中型10座，小型428座），特别是陕北地区1992—2002年间因淤积报废水库179座。江西省现有水库 9 793座，总库容 295.50亿m3，其中6 376座水库存在淤积问题，淤积库容约8.93亿m3。贵州省现有水库1 971座，总库容 25.40亿 m3，其中979座水库存在淤积问题，淤积库容约 1.10 亿 m3。

南北方水库淤积情况有所不同。从面上情况看，山西、陕西两省水库普遍存在不同程度的淤积问题，江西、贵州两省约60%的水库存在不同程度的淤积问题。从淤积程度看，山西、陕西两省水库淤积比较严重，平均淤积率达34%；江西、贵州两省水库淤积程度差异较大，部分水库淤积严重，实地调研的江西塘背水库淤积率达58.9%，贵州新桥水库淤积率达80.0%。

2.我国水库淤积原因及危害

（1）水库淤积原因

水库淤积是水库建设和运行管理中的一个难题，也是一个长期并最终趋于冲淤平衡的动态过程。造成水库淤积最直接的原因是，在河道上兴建水库改变了河流的水流条件和泥沙运行状态，致使水流挟沙能力降低，泥沙在水库中沉积。我国江河大多泥沙含量大，水库特别是中小型水库的泥沙淤积问题较为严重，淤积数量大、速度快。据估算，目前全国每年大约有50亿t泥沙进入江河，其中淤积到水库的约占32%，现有水库的年均淤积速率在世界上处于较高水平。

依据对4个典型省18座水库（大型 1座、中型 5座、小（1）型 9座、小（2）型3座）的淤积情况调查结果，18座水库均存在不同程度的淤积问题，淤积率介于3%~136%之间。总体上看，降雨量小、水土流失严重的山西、陕西两省水库淤积程度高于雨水相对丰富、植被覆盖率较高的江西、贵州。水库淤积主要成因包括：

一是自然因素形成。由于特殊地理、地质条件，部分地区水土流失相对严重。山西、陕西部分地处黄土高原，土质疏松，沟壑纵横，植被稀少，极易引发水土流失，河流含沙量大。贵州部分山丘区石漠化问题突出，暴雨洪水挟带大量泥沙进入库区。江西红壤土面积大，土壤结构松散，遇强降雨易引发山洪、泥石流。二是人为因素影响。过去一段时期，库区管理制度缺位、管理手段粗放，水土保持工作薄弱，非法采矿、采砂、垦荒和乱砍滥伐等经济活动频繁，导致库区植被、地表形态、库岸结构等遭受破坏，人为造成水土流失，加剧了水库淤积和水质破坏。三是工程设施不足。淤积严重的水库大多修建于20世纪50—80年代，对河流泥沙特性和运动规律缺乏研究和认识，工程设计未设置排（冲）沙设施或设置不科学，进库泥沙难以排出库外。特别是一些小型水库，工程设施简陋，只能被动拦沙，淤积问题严重。四是运用条件限制。水库淤积速度与运用方式密切相关。经研究分析，水库排沙1 m3需耗水10～20 m3。西北高含沙地区，降雨量小且时空分布不均，水资源严重短缺、供需矛盾突出，需要水库汛期拦洪蓄水，没有蓄清排浑的水量条件，导致大部分泥沙滞留库内。

（2）水库淤积危害

水库淤积不仅造成库容损失，不利于大坝结构稳定性，危害水库运行安全，还会缩短发电设备使用寿命，降低库区水环境质量，从而影响水库防洪、灌溉、供水、发电、航运、生态环保等功能效益的正常发挥。泥沙淤积的主要危害如下：

一是影响大坝运行安全。部分水库因淤积造成进口淤堵，妨碍泄水、输水设施正常运用。如陕西王瑶水库泄洪洞几度因进口淤埋失效，贵州新桥水库冲沙孔因淤塞废弃。二是削弱水库防洪能力。淤积侵占防洪库容，水库调蓄洪水能力下降。如山西省东风小（2）型水库，为混凝土拱坝，1999年7月由于库区基本淤平而导致洪水漫坝溃决。三是降低水库兴利效益。淤积侵占兴利库容，甚至淤塞输水设施进口，导致水库兴利功能衰减。如江西早禾田水库灌溉涵因进口淤塞无法运用。四是损害水生态环境。部分水库因周边污染物排放，造成淤积泥沙吸附污染物甚至重金属，加剧水体富营养化和水质劣化。

3.水库清淤必要性

泥沙淤积是影响水库大坝安全运行和综合效益充分发挥面临的普遍问题，也是当前经济社会发展中需要高度重视的突出问题。由于大量水库存在不同程度的淤积，造成水库防洪、供水、灌溉等功能衰减，不仅危及水库大坝自身安全和公共安全，而且制约经济社会可持续发展，影响广大人民群众的生产生活。水库“再造”效应、土地资源节约集约利用、提高水库“性价比”、淤泥资源“变废为宝”、提高下游河道稳定等都是水库清淤的显著效益或优势所在，开展水库清淤与淤积防治工作十分必要，是一项新的民生工程和德政工程。

二、水库清淤工作基础

1.实践情况

在世界范围内的多泥沙河流上，淤积一直是水库管理的一大难题，水库泥沙运动规律以及淤积防治一直是国内外学者研究的热点问题。迄今，水库泥沙运动相关理论已经形成；控制泥沙入库的预防性措施和各种排沙方式在实践中不断创新和发展；水库清淤技术与装备取得长足发展，各种规模、型式合理配置的清淤技术装备可以灵活选用。近年结合水库清淤试点和实践，在淤积对大坝安全影响、淤积风险评估、淤积管理等方面开展了广泛研究，在水库淤积物资源化利用方面也进行了有益尝试。

经过多年研究实践，我国多沙河流上修建的大型水库在处理淤积问题上积累了丰富经验，总结出初期拦沙、后期蓄清排浑的调控方式。小浪底水库建成后，系统开展了调水调沙研究与原型试验，进一步丰富和完善了水沙调控理论与技术。同时，黄河泥沙资源配置技术不断形成并发展，提出了“拦、调、排、放、挖”的处置思路。国际上也有大量泥沙利用的事例，如巴西的挖泥造地、美国密西西比河的浑水灌溉及埃及尼罗河的引洪改沙等。目前，高效生态清淤技术越来越受到关注，尤其是城区水源地水库的需求更为迫切，浙江省对河口水库、河南省宿鸭湖水库、江苏太湖等先后开展了相关研究和实践。目前，我国及世界各地已对水库淤积问题因地制宜地采取了多种预防和治理措施，如合理选择水库坝址、加强流域水土保持、设置排沙底洞等泥沙排放设施，以及水力排沙、机械清淤等，对防治和减缓水库淤积、延长水库使用寿命、实现水库持续利用发挥了重要作用。

我国政府对水库淤积问题十分重视，2009年水利部会同发展改革委联合召开了水库淤积问题座谈会，听取了有关方面和专家对防治和减缓水库清淤、科学实施水库清淤工程等方面的意见，并向国务院上报两部委意见，建议切实把水沙调度作为水库日常运行管理工作的一项重要内容，同时强化源头治理，落实水库淤积防治责任和相关费用，加强相关部门对水库清淤工作的支持和指导，积极研究制定税费优惠政策等。2012年，水利部组织开展了全国水库淤积现状与清淤实践调查，重点对山西、陕西、贵州、江西4个典型省水库淤积防治工作进行了实地调研，对淤积速率、淤积库容、淤积发展态势、淤积对水库防洪和兴利影响程度及相关经验进行了调查研究，提出了《全国小型水库清淤试点工程实施方案》，同时梳理总结出以下经验。

一是采用机械清淤。根据水库淤积土质和形态，采用不同的清淤方法。山西张家庄水库、汾河二坝、汾河三坝清淤，水上淤积体采用挖掘机配自卸汽车挖装，水下淤积体则采用绞吸式挖泥船配输泥管道疏浚。陕西王家崖水库运用绞吸式挖泥船、气力泵配输泥管清淤，小华山水库采用虹吸法水力清淤。同时，4省还利用病险水库除险加固时机，有针对性地开展水库清淤，大大节省了清淤投资。4省主要以防洪、供水、灌溉效益突出且淤积问题突出的中小型水库作为清淤对象，清淤资金渠道以同级财政为主，水库管理单位或同级水行政主管部门负责组织实施，按照基本建设程序履行勘测设计、立项审批、招标投标、项目验收等程序。

二是加强调度排沙。陕西省有的水库通过滞洪排沙、泄空冲沙、异重流排沙、高渠拉沙、基流冲沙等运用方式排沙，有的灌区通过引洪淤灌、泥沙旁引等措施减少入库泥沙。江西、贵州2省部分水库则利用汛期洪水冲沙。

三是兴建工程拦沙。山西省有的水库上游设置了沉沙池拦沙，陕西省对部分水库采取加高大坝、增设排沙设施等方式，改善水库排沙条件。同时，各地加强了库区小流域综合治理，在来沙量大的沟道修建淤地坝，大大减少了入库泥沙。

四是实施水土保持减淤。近年，各地有针对性地开展了水土保持工作，大力推进退耕还林措施，加大水行政执法力度，库区水土流失问题得到进一步改善，入库泥沙明显减少。山西、陕西等地水土保持工作效果显著，入库泥沙量大幅度下降。如山西浍河水库1964—1992年水库累计淤积 2 690万 m3，年均淤积 96万 m3；1992—2006年水库累计淤积 98万m3，年均淤积仅 7 万 m3。

2.研究进展

在研究方面，国内外目前对水库淤积问题尚缺乏全面认识，没有系统地掌握水库淤积基础数据和特征信息，我国20世纪60年代开始对黄河等北方多泥沙流域的三门峡、官厅等水库淤积进行观测，而后扩展到南方个别水库，1981年统计仅有236座有实测淤积资料，且淤积多尺度分布及形成机制研究不深入，淤积对水库功能的风险评估方法缺失，清淤决策理论与技术方法不完善，不同类型、功能、需求的水库清淤技术和减淤排沙长效机制缺失等。

近年，相关专家学者在水库淤积防治领域开展了卓有成效的科学研究工作，韩其为院士等专家对水库泥沙淤积研究现状进行了综述，相关研究主要集中在水库泥沙淤积动静态形态、淤积物化学特性、水库淤积与兴利及防洪关系、水库淤积对下游影响、水库泥沙淤积防治技术等方面。根据水利部要求，水利部大坝中心组织开展了 “水库淤积对防洪安全与兴利效益的影响评估”“全国水库清淤专项规划前期研究”“水库清淤挖潜及控制关键技术”等研究，对河南省宿鸭湖水库、甘肃省南营水库等水库清淤工程进行了专题研究。目前，国家“十三五”重点研发计划中已经针对 “水库淤积控制与功能恢复的理论和技术”设置了研究项目，拟开展水库和湖泊淤积现状调查，建立全国不同类型区200座以上典型水库和湖泊淤积数据库；研发水库有效库容长期保持的调控技术和淤损库容恢复技术；研究湖库泥沙资源配置理论与方法；研发湖库淤积物处理、利用技术和装置；开展水库应用示范工程，有望在水库清淤关键技术上取得突破性进展。

三、水库清淤工作的主要制约因素

一是水库清淤决策理论和方法尚不完善，制约清淤工作进展。水库清淤是一项涉及政策、技术、经济等多学科的复杂系统工程。目前，水库清淤技术和手段已经较为成熟，但清淤决策的理论和方法尚不完善，制约了水库清淤工作进展，攻克水库清淤决策方法关键技术是水库清淤工作的重要保障，具有显著的理论意义和应用价值。

二是水库清淤一次性投资规模大，需要充足的资金投入。水库清淤成本影响因素较多，清淤、运输和处置三个主要环节成本费用高，以淤积物运输为例，水上清淤采用挖掘机配载重汽车的单方投资约15~25元，水下清淤采用绞吸式挖泥船配排泥管的单方投资约30~40元，以1 000万m3淤积量计算则需清淤成本将达到1.5亿~4.0亿元，水库清淤所需投资成本相当可观，需要充足的清淤经费作为资金保障。

三是淤积物处置和资源化利用低，容易造成次生环境污染。在水库淤积物处理及资源化利用方面，目前主要采用固化螯合搅拌脱水法与机械脱水法，由此形成管道搅拌、带式脱水机、板框机等脱水固化一体化技术，但处理工艺效率偏低、规模小、成本高，且形成的固化土pH值与有毒物质浸出量偏高，容易造成次生环境污染，限制了淤积物多渠道、大规模利用。实现淤泥处理与利用的规模化、高效化、资源化及无害化，探索效果明显、成本较低、淤积物资源化利用较高的水库清淤方法和途径，势在必行。

四是水库清淤长效机制尚未建立，难以保证清淤成效。由于水库淤积成因复杂，淤积程度千差万别，水库淤积防治面广量大，水库淤积管理长效机制尚未建成，需要运用行政、法律、技术、经济等手段，综合采用工程措施和非工程措施，防治结合。从清淤规划上，应统筹兼顾，突出重点，因地制宜，分步推进；从清淤技术经济上，应加强淤积防治技术研究，做好清淤勘测设计，提高清淤效率，降低清淤成本；从水库运行上，应充分发挥水库自身条件，加强科学调度，运用洪水排沙冲沙；从库区管理上，应加强水行政执法，严防非法侵占、围垦库区；从长效机制上，应加强库区管理立法，加强水土保持和监测工作，从根本上遏制水土流失。

四、工作建议

一是加强水库淤积基础信息管理。建立淤积档案制度，组织开展水库淤积情况普查工作，全面掌握我国水库泥沙淤积现状，摸清现有水库规模、功能、运用方式、实际可利用库容、淤积速率、淤积发展态势及危害程度等基本情况，调研了解不同区域典型水库淤积状况、实施水库排沙减淤工作的经验和教训，以及各地对水库清淤工作的意见建议，为开展水库清淤工作奠定基础。

二是深化水库减淤清淤技术研究。重点以国家“十三五”重点研发计划项目为依托，组织有关科研单位与水利工程管理单位联合开展有关专题研究工作，系统了解水库淤积现状，研究淤损库容恢复技术和水库泥沙资源配置理论方法，研发湖库淤积物处理、利用技术和装置，为水库清淤提供理论与技术基础。

三是尽快开展水库减淤清淤试点工程建设。在做好普查、调研和专题研究等工作的基础上，分南北方不同流域和不同自然生态条件，选择有代表性的淤积态势严重的中小型水库进行试点，对不同的减淤清淤方式和技术、泥沙资源利用、清淤对环境的影响以及清淤的效益与经济分析等给出定量或定性的结论，为全国实施水库清淤工程奠定基础。

四是加快建立水库淤积管理长效机制。根据研究和实践情况，适时提出全国水库清淤规划，加大中央清淤资金支持，加强淤积源头治理和淤积物资源化利用，逐步建立水库淤积防治长效机制。

[1]水利部建设与管理司，水利部大坝安全管理中心.山西等4省水库淤积情况调研报告[R].2012.

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[3]彭辉.水库泥沙淤积对有效库容的影响规律研究[J].三峡大学学报（自然科学版）,2011,33(6).

[4]宁建凤,等.广东合水水库淤积物基本化学特征分析及农业资源化利用评价[J].水土保持学报,2008,22(6).

[5]A.S.Harrison 著,冯启德译.水库库首的淤积[J].泥沙研究,1961(1).

[6]韩其为.水库淤积[M].北京:科学出版社,2003.

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[8]H.尚松,孔祥林.澳大利亚水库淤积问题[J].水利水电快报,2006,27(13).

Studies on reservoir dredging and recommendations//

Zhang Shichen,Sheng Jinbao,Li Ziyang,Yang Zhenghua

Based on investigation and analysis of the current condition of reservoir sedimentation,technical studies are made for exploiting the reason of sediment and its hazard.Reservoir dredging is necessary,because sedimentation is commonly existed and causes great harm.On the basis of summary of practice of reservoir dredging and study progress,it is found that four restrictive factors are associated with reservoir dredging:incompletion of decision making theory and methods,huge investment,improper treatment and low utilization rate of depositing sediment as well as lacking of long-term mechanism.It is suggested to strengthen basic information management of reservoir dredging,and technical studies,pilot project initiation and long-term mechanism,so as to effectively improve reservoir situation.

reservoir;dredging;pilot;investment;resource utilization;long-term mechanism

TV697.3+1

B

1000-1123（2017）16-0045-04

2017-06-16

张士辰,高级工程师,研究室主任,主要从事水库大坝安全与风险管理及法规制度研究。

水利部公益性行业科研专项经费项目“土石坝长效安全运行重大关键技术研究”（201501033）；南京水利科学研究院基本科研业务费项目“水库清淤挖潜及控制关键技术”(Y716020)、“《水库大坝安全管理条例》后评估”（Y915001）；南京水利科学研究院基本科研业务费项目“骨干淤地坝除险加固与兵团水库清淤前期工作关键技术研究”（Y715016）。