孙西文 ,蔺 慧 ,王亚梅 ,张秀侠
渭河是黄河的第一大支流,是黄河的缩影,俗称“小黄河”。其特性是“善淤、善决”。特别是渭河下游,已成为典型的地上悬河,其防洪任务异常艰巨。备防石作为重要的防汛物资,是黄河等河道上专门用于抢险抛根用的石料,一般开采自山体,对自然环境破坏较大。备防石也是渭河防汛抢险的重要物质基础,为渭河近五十多年来的岁岁安澜提供了重要的物质保障。近些年,随着块石资源的逐步耗竭和不可再生,人们对生态环境保护意识逐渐增强,政府加强监管力度,全面关停石料开采,致使石料价格一路飙升。2000年至今,价格已经从每立方20元增加到170元,甚至出现了有钱无石可买的尴尬局面,部分基建工程因没有块石迟迟不能开工。因此,能否利用渭河河沙人工制作块石来满足防洪抢险和基建工程用石是一个值得思考和研究的问题。
渭河中游现有堤防364.8 km,堤防护岸293 km,内坡衬砌212 km;各种坝垛3025座、长30.3 km,备防石23万 m3;渭河下游现有干流堤防250.08km,支流延伸段堤防110.37 km,北洛河堤防108.22 km,河道整治工程65处、长124 km、各种坝垛2397座,备防石31万 m3。
渭河中下游河道工程一般由坝、垛和护岸组成,这些工程对控制河势、保持大堤的安全起着十分重要的作用。河道工程大多采用传统的柳石或铅丝笼石结构,在工程运行中受大流顶冲时,根石易迅速下蛰而出险。每年汛期都要对这些坝垛进行抢险加固,每一座坝垛,都需要经过多年甚至几十年的反复抢护,才能达到基本稳定。备防石是重要的防汛储备物资和工程抢险材料,具有体重大、沉水快、易投放、耐腐蚀、抗冲性能强的优点。抢险过程中,可以通过直接抛石或者抛投铅丝笼、篓箱、柳石枕等方法巩固堤防坝脚。由于水下根石受河水淘刷作用影响而不断走失,加之汛期抢险时的大量消耗,备防石必须定期定量补充。
渭河中下游河道有着丰富的河沙资源,至今在防汛抢险和河道建设中没有得到有效利用。通过有效技术手段,利用河沙人工制作块石,既满足了防汛需要,又为解决渭河泥沙淤积问题提供了新的途径。渭河泥沙问题的解决有赖于危险部位淤积的减少,一是从源头上减少,即减少流域水土流失;二是通过放淤、泥沙利用等措施直接减轻河道的沙量负担。利用淤积河沙人工制作块石可有效减少河流泥沙,提高河流的行洪能力和防洪安全,对河流治理具有重要的意义。
将河沙制作成“人工块石”进行机械化装抛投抢险,可取代天然石块、铅丝笼石临时应急抢险,满足快速、高效的抢险要求,应用前景十分广泛。用铅丝笼石抢险,需要大量的人力编网、装石、制笼,时间长、效率低,为了尽快控制险情,大量抛投块石,抛投铅丝笼石,造成大量的浪费。采用抛投“人造大块石”抢险,可以避免这些问题,省工、省时、省料,节约抛投石料、降低抢险成本,意义重大。
目前储备的备防石和基建工程用石均为天然石材,以花岗岩为主,每立方米综合成本在170元左右。天然石材属不可再生资源,资源量有限,而且天然石材的开采会极大地破坏当地的自然环境。近年来随着各级地方政府环境保护意识的增强,天然石材的开采受到控制,采石场被列入环境监察范围,大批的采石场被责令关闭。在可以预见的将来,石材采购成本将继续提高,块石的来源将受到越来越大的关注,出现无石可采、无石可买、无石可用的严重局面。
渭河河道工程建设和防汛抢险所需的块石量庞大。具不完全统计,2011年渭河洪水,陕西省三门峡库区渭河下游抢险用石2万 m3;2012年汛前根石探测资料,49处河道工程860座坝缺根石约4万 m3;每年新建续建河道整治工程约需石料40万 m3,如此巨大的用石量给防汛抢险及河道治理带来了困难。因此,充分利用渭河中下游河道丰富的河沙资源,人造块石,能有效解决防汛抢险及河道治理缺石问题,其市场需求大。利用河沙人工制造块石,是一种新技术、新工艺、新材料,在河道工程建设、抢险中需求量大,有着广阔的市场前景。
2005年12月,山东省博兴县与意大利合作,利用黄河泥沙建设新型墙体材料生产项目试产成功。
2007年6月,日本EEN集团与滨州南海水务公司签署了《综合利用南海泥沙生产建筑材料合作项目备忘录》,拟以黄河泥沙作为主要原料,根据不同要求,生产出了不同体积、不同质感的高、中、低档建筑材料(包括路面砖、广场砖、墙体砌筑材料、楼房内外墙和室内地面装饰材料乃至水利设施护坡砌块等)。
国内近年来,黄河泥沙资源利用的研究和实践取得了一定的成绩。黄河水利科学研究院,利用黄河泥沙研制了人工备防石、绿色节能建筑材料;目前黄河泥沙综合利用方面已经开发的产品主要有:黄河泥沙烧结内燃砖、黄河泥沙灰砂实心砖、黄河泥沙烧结空心砖、黄河泥沙烧结多孔转(承重空心砖)、黄河泥沙建筑瓦和琉璃瓦、黄河泥沙墙地砖、黄河淤泥黑陶、彩陶制品等。这些产品大多是国家基本建设中应用量大、面广的建筑材料。
从以上国内外技术的利用与发展,在渭河下游利用河沙人工制作块石可以借鉴和研究,技术可行。而且渭河是黄河的第一大支流,同样是一条多泥沙河流,三门峡水库运用至2011年渭河下游淤积泥沙11.134亿立方米。泥沙颗粒粗细不均,由上游至下游基本呈减小趋势。是建筑等行业砂石资源的采集地。利用河道泥沙资源制作块石,既减少了泥沙淤积又节约了成本,是一项节能环保的新技术、新工艺。
将河沙制作成“人工块石”,取代天然块石、铅丝笼石抢险,满足快速、高效的抢险要求,起到省工、省时、省料,节约抛投石料、降低抢险成本以及保护环境的目的。拟在黄科院已有试验研究成果的基础上,完善激发剂的开发,优化配合比的设计,研究改造一套自动化的大块体块石成型生产设备,通过试验研究,进一步验证利用河沙大规模生产防汛抢险块石的可行性,最终达到在渭河流域大范围推广的目的,满足工程管理、维修养护、除险加固、新建河道整治工程和防汛抢险用石的需要。
陕西省江河水库管理局管辖下的渭河下游河道具备人工制作块石试验研究的场地条件,同时本局具有一批长期从事建设管理研究的科研工作人员和一支很强施工队伍,可为实验研究提供必要的实践数据和人员保障。可由陕西省江河水库管理局牵头,黄科院指导,整合共享资源,组成“人工制作块石试验研究项目组”,共同完成人工制作块石的试验研究。
项目在组织上,充分发挥不同学科、不同领域和不同专业的优势,实现资源整合和优势集成。一是实行项目和组长负责制;二是在项目运行管理上,实行目标考核制;三是在技术研发过程中,充分发挥研究单位与生产单位紧密结合,探索产学研发新模式机制。
天然块石的来源已经成为制约渭河河道整治的瓶颈。利用河沙人工制作块石是一项利国利民的环保民生项目,而且还能很快解决目前无石可买的尴尬局面和缓解渭河泥沙淤积问题,项目的试验能否成功与推广,其中重要因素之一就是需要政府和相关部门给予必要的政策支持和资金支持。建议项目尽快立项,经费由省科技项目或国家科技项目来带动解决。