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疏浚河道排沙洩洪的位置
疏浚河道排沙洩洪的位置
更新时间:2024-10-05 12:20:26

河流泥沙的淤積與處理是一項世界性難題,尤其是像黃河這樣的世界級長河,泥沙淤積的規模更大,淤積河段更長,治理的難度也更大。

随着黃河生态修複項目的開展,黃河高原的水土流失得到了有效遏制,“減沙”效果顯著。以潼關水文站為例,該站在2000~2019年測得的年均輸沙量下降到了2.4億噸,和1919~1960年的16億噸相比減少了85%。即便如此,黃河的泥沙隐患仍未徹底根除,潼關高程依然影響着渭河行洪。

疏浚河道排沙洩洪的位置(黃河排水排沙20年)1

為治理黃河泥沙,我國目前的主流方案是運用小浪底水利樞紐,聯合三門峽、龍羊峽等水庫實施調水調沙,取得了顯著的效果。近年來,一些新的模式也在開發當中,黃河泥沙的資源價值日益受到重視,開采和利用進入了新階段。

黃河排水排沙20年,三門峽水庫成“沙庫”

三門峽大壩建成于1961年4月,是我國在黃河幹流上修建的第一座控制型大壩,因此也被稱為“萬裡黃河第一壩”。作為國家級水利樞紐,大壩采用混凝土全壩澆築方案,壩高106米,壩頂高程353米,設計總庫容為345億立方米。下閘蓄水後,三門峽庫區确實産生了重要的防洪、供水、灌溉效益,還成了早期治黃體系中的核心部分。

疏浚河道排沙洩洪的位置(黃河排水排沙20年)2

由于當時我國的泥沙學科建設水平并不高,國内的水壩設計專家在應對黃河的泥沙問題上缺少經驗,沒有充分意識到黃河水沙的矛盾性(水少沙多,關系不協調),這也給後來潼關高程的升高埋下了隐患。

疏浚河道排沙洩洪的位置(黃河排水排沙20年)3

1961~1964年,三門峽水庫正式投入運用,但攔沙初期每年的入沙量卻達到了驚人的9.38億~24.5億噸,嚴重超出設計預期,導緻泥沙淤積快速上延。就在這一時期,潼關高程異常升高,由323米急劇升高到了328米左右,至今仍在高位波動。在三門峽庫區内,泥沙淤積導緻河床普遍升高,過洪能力随之下降,最終威脅到了黃河最大支流——渭河在汛期的行洪安全。

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1950-2020年,潼關高程變化示意圖

時至今日,潼關高程依然是影響三門峽水庫運行的“要害”:為減緩潼關高程進一步升高,三門峽水庫的蓄水應用受到了極大限制(若加大蓄水量,庫區水流的速度就會變慢,泥沙淤積會更嚴重),難以給下遊的小浪底水庫提供充足的沖沙用水。

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三門峽大壩

為排出庫區内多餘的泥沙,我國在2000年前後總結出了“攔、排、放、調、挖”的綜合治黃方案。其中,“調”指的是調水調沙,正常年份下在6~7月實施一次,每次持續20天左右;“挖”指的就是人工挖沙,變被動為主動,黃河泥沙的資源屬性也正是在這一時期受到重視。

黃河的泥沙,到底有哪些用途?

辯證來看,黃河的泥沙具有兩面性:既是隐患,又是财富,關鍵是要看怎麼用。

根據粒徑大小的不同,泥沙可以分成不同的粒徑等級,分别對應着不同的用途。《河流泥沙顆粒分析規程》(SL 42-2010)顯示,粒徑位于0.062~2毫米之間的屬于砂粒,包括粗砂、中砂和細砂,經濟價值巨大。特别是近幾年,我國的砂石資源幾度出現短缺狀況,若能充分利用水庫淤沙、疏浚沙,無疑将緩解資源壓力,起到變廢為寶的效果。

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值得一提的是,黃河的泥沙還有作為優良砂源的潛質。經過常年累月的沖刷洗滌,黃河泥沙的pH值适中,粒徑多在0.25~0.15毫米之間,而且表面清潔,光潤圓滑,不存在氯鹽超标的問題。經過分選之後,這些泥沙大有用武之地。

在三門峽水庫的庫尾,泥沙的分選粒徑最大,可直接用作混凝土的粗骨料;在靠近大壩一側,沙質細膩均勻,這部分細沙可以和常規的建築用砂摻混,通過豐富混凝土的骨料級配以提高建材強度,從而降低建材的經濟成本。

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無論是粗泥沙還是細泥沙,轉型後的利用範圍都非常廣闊,不僅可用作傳統的建築用磚,還可用作高端的裝飾材料、型砂,甚至是微晶玻璃等等。

除了建材領域,黃河的泥沙在其他領域也具有重要的價值。

首先,可用于黃河大堤的防洪建設。

黃河與長江不同,前者在汛期面臨着更加嚴峻的防洪任務,水量大而洶湧,而且下遊河段的過洪能力更低(極限過洪能力為5000m³/s左右)。因此,黃河的堤壩建設極為重要,而黃河泥沙正是天然的加固材料,通過疏浚吹填還可起到加深河槽、建設航道的作用,可謂一舉多得。

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其次,可用于環境修複。在山西、陝西等地,煤礦開采是重要的支柱型産業。但采礦也會導緻大面積的土石裸露,加劇水土流失和荒漠化進程,所以開采之後需要重新回填。黃河泥沙則可以充當回填材料,通過優化填充材料的配比,就能有效改善礦區的生态環境。

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最後,還可用于促進農業生産。黃河泥層深厚,含有豐富的有機質,可用于改良荒漠鹽堿地,增加農業用地面積。在溝壑地帶,泥沙還可用于填充造地,固沙寶肥;通過泥沙的土壤質地重構改良技術,還能有效提高單産——在河南、山東等地,該技術已進行試點,平均畝産量可增加20%以上。

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山東鹽堿地變農田

總之,黃河泥沙具有巨大的利用和開發價值。但在利用層面上,我國目前尚未實現規模化、産業化的利用,開發技術和裝備相對不成熟,在未來有望逐步改善。

三門峽水庫:抽沙清淤進入正軌?

截至2020年,黃河下遊河道通過調水調沙累計清除了22億噸泥沙,但這不會改變“黃河仍是一條多沙河流”的事實。目前,黃河的年均輸沙量維持在5億噸左右,僅憑水庫攔沙、排沙難以滿足泥沙的綜合利用需求,有必要通過“新途徑”加大開發力度。

2022年年初,三門峽水庫迎來了治沙“新氣象”。在1月19日,由中交疏浚集團研制的特制型“浚河007号”絞吸挖泥船在三門峽庫區内下水,順利執行了水庫清淤試驗任務。

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該挖泥船的船身長度為45米,寬8.2米,總功率為1900kw,平均每小時的抽沙流量可達4500m³,正常情況下每月能清除40萬m³的泥沙。據介紹,該疏浚船抽取的泥沙主要用于:填平周邊的黃土沖溝礦坑、改良土地、新增耕地等等,這将為三門峽的區域發展作出直接貢獻。

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可以說,本次清淤試驗對于黃河的泥沙管理具有裡程碑式的意義,說明資源的綜合利用付諸了實踐。相信随着經驗的不斷積累,河南、山西、陝西、山東等沿黃省區還能探索出新的、行之有效的利用方式。

也有網友指出,既然黃河的泥沙隐患仍在,那為何不讓我國的抽沙神器“天鲲号”去治理黃河呢?

不可否認,單論抽沙能力,“天鲲号”在國内确實首屈一指。“天鲲号”絞吸船全長140米,寬27.8米,最大挖深35米,平均每小時能挖泥6000方。曾有人做過相關計算,按照黃河年均輸沙5億噸的水平來算,“天鲲号”至少需要花費5.6年才能把黃河1年内輸送的泥沙抽盡。

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所以用“天鲲号”抽沙,黃河中的泥沙依然會增多。再從現實層面來看,“天鲲号”設計的吃水深度為6.5米,在黃河中的吃水深度不會低于4.4米,而黃河下遊的實際水深一般隻有1米左右,難以保障“天鲲号”的基本通行。

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即便“天鲲号”從渤海一路向上遊挖去,半路還将遇到小浪底大壩的阻攔。因此,“天鲲号”無法進入淤沙最嚴重的庫區内,更無法對潼關高程産生作用。理論上,“天鲲号”的作業範圍僅限于小浪底大壩以下河段,但實際上,這一河段淤沙的最佳處理方式仍是調水調沙工程(省時省力,效率高)。

根據水文監測結果,從2002~2021年,黃河小浪底-利津段的河床呈下降趨勢,河床高程平均降低了2.6米,這意味下遊河槽、河勢正趨于穩定。隻要調水調沙能堅持運用,“二級懸河”的風險就能持續降低。從這一角度來看,其實也沒有動用“天鲲号”的必要,常規的疏浚任務通過中小型絞吸船就能完成。

對于黃河泥沙的利用,您怎麼看?歡迎留言讨論!

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