流域泥沙資源優化配置方法及技術研究

蒲強（新疆維吾爾自治區水文局　新疆　烏魯木齊　830000）

流域泥沙資源優化配置方法及技術研究

蒲強
（新疆維吾爾自治區水文局新疆烏魯木齊830000）

文章對流域泥沙災害及其特點進行了簡要分析，并在此基礎上對流域泥沙資源優化配置方法及關鍵技術進行論述。

流域泥沙；資源優化；技術；方法

1　流域泥沙災害及其特點分析

流域內的泥沙產生與人類的頻繁活動、植被減少、氣候變化、降雨等因素有著密切的關系。相關調查統計數據顯示，我國河流多年平均輸沙量約為27億t左右，其中黃河與長江流域的年輸沙量就高達21.3億t之多。泥沙作為一種資源，其具有雙重性，一方面泥沙能夠塑造平原陸地，另一方面泥沙會給人類的正常生活帶來災害，由此所引起的經濟損失非常巨大。可對泥沙災害進行如下定義：由泥沙或是泥沙誘發給其它載體，對人類生存環境和經濟帶來的危害被統稱為泥沙災害。流域泥沙的災害類型及其特點如表1所示。

表1　　流域泥沙災害的類型及其特點

1.1局部泥沙沖刷

建筑物修建在河岸附近時，會使河道內的水體形成高速環流，由此便會產生局部沖刷，當局部沖刷比較嚴重時，會對建筑物的結構穩定性和安全性造成威脅，極有可能引起建筑物倒塌。

1.2泥沙淤積

根據泥沙淤積出現的部位不同，可將其細分為以下幾種情況：一是水庫泥沙淤積，由此產生的危害是庫容量減小，并且會導致農業生態環境惡化；二是河道泥沙淤積，會使河床抬高，甚至會形成懸河，還會導致兩岸土地鹽堿化程度加劇；三是湖泊泥沙淤積，會導致湖泊本身的調節能力減小，防洪效益會有所降低；四是河口及渠系泥沙淤積，會使防洪壓力和泥沙處理負擔增大。目前，我國黃河下游河道的泥沙淤積情況較為嚴重，平均每年的淤積量約為3億t，河床每年抬高的幅度為0.05m～0.10m左右。

1.3滑坡、泥石流

滑坡、泥石流均屬于山地災害的范疇，由此引起的損失約占地質災害損失的一半左右，近十年來，由滑坡和泥石流引起的直接和間接經濟損失在萬元以上的災害事件超過3萬起。當滑坡或泥石流災害發生時，不但會危及人們的生命與財產安全，而且還會造成道路堵塞。據有關調查統計數據顯示，國內鐵路沿線分布的大中型滑坡約有上千處，每年會導致交通運輸中斷50余次，嚴重的滑坡還會造成河流阻斷，甚至引發洪澇災害。

1.4泥沙污染

據有關資料顯示，國內在最近二十年內約有70%的河流受到不同程度的泥沙污染，其中污染比較嚴重的河流有150條，由于這些河流中的泥沙表面吸附了大量的污染物，即便外部水質污染得到治理后，被污染的泥沙仍會形成新的污染源，從而對河水造成二次污染。

1.5土地沙化

由于粗砂大量淤積，致使土地沙化的面積不斷增大，黃河流域內的土地沙化現象最為明顯，如引黃灌區渠首位置處的堆放的大量清淤泥沙，造成渠首附近土地沙化。

為了有效解決流域泥沙的災害問題，應當采取有效的技術措施對泥沙資源進行優化配置，在減輕危害的同時，提高泥沙資源的利用效益。

2　流域泥沙資源優化配置方法及關鍵技術

對流域泥沙資源進行優化配置的最終目的是提高泥沙資源的利用效益，減輕泥沙的危害和由此引起的損失。

2.1流域泥沙資源優化配置方法

流域泥沙資源的優化配置涉及諸多方面的理論，如降雨、蒸發、侵蝕、護岸、產沙、滲漏以及坡面治理等。減少減沙是優化配置的基礎，優化過程則應當遵循河道輸沙規律進行。大體上可將其理論框架歸納為以下兩個方面：一方面是分解協調，另一方面是多目標優化配置。

2.1.1分解方式

可將流域視作為一個大系統，采用水平的方式將系統分解為若干個分區，各個分區按其支流面積的大小再分解為若干個子系統，這些子系統中通常包含一個含沙量較大的直流以及一些與其水沙特性較為相近的小支流。一般不將含沙量較小的直流列入到計算范圍內，系統出口的輸水與輸沙量可作為干流泥沙資源優化配置的邊界條件。

2.1.2協調方法

對流域泥沙資源進行優化配置的過程中，需要采用一定的協調方法，借此來使大系統與各個分區的泥沙優化配置目標和配置變量具有可分離性，這樣能夠有效避免復雜的迭代計算，從而使流域泥沙的配置能夠得到逐層優化。通常情況下，系統、子系統、各個分區的豐水、枯水、平水期都大體相同，在這一前提下，系統與分區之間的增沙量具有不可分離性，所以應當采用相應約束條件的協調方法。例如，來沙總量與人為增沙量可按照如下方法進行協調：各分區及子系統的總沙量與人為增沙量按協調前的比例，對上級配置單元進行分配協調，這樣便可以使協調后的系統與各個分區的來沙總量與人為增沙量具有可分離性。

2.1.3多目標優化配置方法

對各個子系統內的泥沙資源進行優化配置時，可以采用多目標規劃層次分析法，整個配置層次包含總目標層、子目標層、效益指標層、配置方式層以及相應的配置措施等，各種減沙方式則包括具體的減少形式。

2.2優化配置的關鍵技術措施

2.2.1引洪淤灌

流域內的泥沙與該流域的土壤在元素上具有同一性，相關研究表明，汛期的泥沙具有一定的肥效，其能夠成為一種優良的土壤改良劑。流域引洪淤灌的主要形式如下：淤改、稻改、渾水灌溉等，其具體作用是借助流域泥沙改善鹽堿地與坑洼地。例如，上個世紀90年代初期，黃河下游地區采用放淤改土的方法，改良土地23 萬hm2，發展水稻改地12萬hm2；而黃河上游則通過對高含沙水流進行利用，對農作物進行灌溉，由此不但緩解了作物干旱缺水的狀況，而且還進一步擴大了灌溉面積，同時還增加了肥力，淤灌后的作物產量獲得了顯著提升。由此可見，放淤改土和引洪灌溉能夠顯著提升鹽堿荒地的生產能力，既改善了灌區的土壤結構，又使大量的泥沙得以充分利用，緩解了泥沙淤積帶來的防洪壓力。

2.2.2淤臨淤背

該技術在我國黃河下游、海河河口以及洞庭湖水域均有所應用，其主要作用是借助河道泥沙，提高防洪能力。在泥沙較多的河流上，僅憑借水流的自然沖刷是很難達到疏通河道的效果，而利用疏淤和放淤等技術手段進行堤防淤臨淤背，除了可以達到加固堤防的目的外，還能進一步增強河道自身的泄洪能力。此外，淤背是靠近河道大堤背后布設沉砂池，經沉砂之后的水能夠用于農田灌溉，這樣一來水資源和泥沙都獲得了有效利用。如黃河下游的一些灌區中采用了淤背技術，不僅加固了黃河大堤，還實現了清水灌溉的目的，經濟效益和社會效益得到了大幅度提高。

2.2.3填海造地

泥沙本身是自然界的產物，在人類尚未出現前，泥沙已經在大自然的作用下開始了堆積造地的過程，由高處侵蝕所產生出來的大量泥沙堆積到了流域的低洼處，形成了人類賴以生存的土地資源，截止到今日，這一過程仍在繼續。我國的河流每年挾帶入海的泥沙將近20億t左右，這些泥沙中的絕大部分全都堆積在河口，由此使得海岸線不斷向大海推進，通過人工的方式進行填海造陸，將海上采油變為陸地采油，由此能夠產生出巨大的經濟效益。

2.2.4用泥沙加工建材

在我國古代，人們便開始從河道中挖取泥沙來燒制建材，隨著城市化進程的不斷加快，對沙石料的需求量日益增大，河道采沙現象越來越普遍。由于北方河流中的泥沙相對較細，無法直接作為建材使用，但卻可將之轉化為建筑材料。如可將洪水泥沙引入到磚廠的取土坑內淤積，由此產生的清水可用于農田灌溉，淤改后的土地即可還耕，又能供磚廠取土之用。

3　結語

綜上所述，流域泥沙雖然具有一定的危害性，但若是對其進行合理的利用，則能夠在減輕泥沙危害的同時，發揮出其資源效益。為此，應當在對泥沙特性進行全面分析的基礎上，采取科學、可行的優化配置方法，并輔以相應的技術措施，使泥沙資源得到有效的利用。陜西水利

［1］王延貴，胡春宏.流域泥沙的資源化及其實現途徑［J］.水利學報，2013（1）:21-24.

［2］胡春宏，王延貴.流域水沙資源配置的調控技術與措施［J］.水利水電技術，2014（8）:55-57.

［3］趙海鏡.黃河上中游干支流輸沙特性及其流域泥沙優化配置研究［D］.中國水利水電科學研究院.2013.

［4］陳緒堅.流域水沙資源優化配置理論與模型及其在黃河下游的應用［J］.水利學報，2013（12）:46-48.

［5］毛偉兵，王景元，張玉明.小開河引黃灌區泥沙資源的合理利用與優化配置［J］.山東農業大學學報（自然科學版），2014（12）:79-81. ［6］李寧，楊寶中，林斌文.引黃灌區水沙綜合利用及渠首治理 ［J］.泥沙研究，2012（2）: 39-43.

（責任編輯：李蕊）

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