黃河海勃灣水利樞紐庫區淤積應對措施探討

屈 偉，尚志強，張慧艷，尚海靈，蔣 雷

(1.黃河海勃灣水利樞紐事業發展中心，內蒙古 烏海 016000；2.內蒙古自治區水利科學研究院，呼和浩特 010052)

1 黃河海勃灣水利樞紐庫區相關情況

1.1 地理位置及基本情況

黃河海勃灣水利樞紐位于黃河干流內蒙古自治區境內，下距三盛公水利樞紐87 km[1]，上距黃河石嘴山水文站約55 km、青銅峽水電站約247 km，左岸為烏蘭布和沙漠，右岸為內蒙古烏海市(樞紐實景見圖1)。海勃灣水庫的開發任務是防凌、發電等綜合利用，工程主要由土石壩、泄洪閘、電站等建筑物組成，水庫正常蓄水位為1 076.00 m，死水位為1 069.00 m，設計洪水位為1 071.49 m，校核洪水位為1 073.46 m；水庫總庫容為4.87億m3，回水末端終點位置距海勃灣大壩約33～36 km。電站總裝機容量90 MW，年發電量為3.817億kW/h，單機額定流量為318.2 m3/s，4臺機組滿發流量為1 272.8 m3/s[2]。

圖1 黃河海勃灣水利樞紐實景示意

1.2 庫區淤積情況

根據水利部批復的《黃河海勃灣水利樞紐工程初步設計報告》，水庫設計淤積量為3 000萬m3/a，運行10 a后淤積剩余庫容為1.84億m3，此后水庫逐漸趨于沖淤平衡，20 a后淤積剩余庫容為0.96億m3，基本達到沖淤平衡。海勃灣水利樞紐于2013年下閘蓄水至今，水庫剩余庫容2.8億m3，較設計運行10 a后淤積剩余庫容多出近1億m3，排沙清淤效果好于預期(庫區水體遙感監測示意見圖2)。海勃灣水庫屬于平原水庫，水庫運用水位可調幅度小，在入庫含沙量較高，水流攜沙量較為集中時期，嚴格控制運行水位，結合一定機遇的大流量洪水過程敞泄沖刷，是延緩水庫於積，長期保持一定有效庫容的有效手段[3]。但是“水少沙多、水沙關系不協調”是黃河復雜難治的癥結[4]，隨著泥沙淤積導致庫區右岸流路逐年縮窄，過流能力減弱，主流逐漸偏向庫區左岸流路，同時庫區護岸工程主要集中在右岸布設，左岸護岸工程布設較少，左岸控制主流能力較弱，工程防守十分被動，加之海勃灣水庫庫區地形總體呈現“上窄下寬，上陡下緩”[5]，調節庫容相對較小，近壩段地形開闊，容易淤積，排沙條件差，僅靠自然水動力排沙來恢復右岸河道的過流能力基本無法實現，需要采取清淤與生態綜合治理相結合的措施解決問題。

圖2 2022年6月黃河海勃灣水利樞紐庫區水體遙感示意

2 黃河海勃灣水利樞紐庫區清淤主要措施現狀

針對黃河烏海段水沙特點和河道特性，水庫泥沙的處理主要在水庫調度、人工干預兩方面進行了大量的研究和實踐。

2.1 水庫調度減緩庫區淤積措施

充分借鑒了多沙河流已建水庫減淤運用實踐經驗，結合海勃灣水庫入庫水沙特性、地形特點、上游青銅峽水庫排沙對庫區淤積影響等因素，及時修訂水庫《調度規程》和《排沙調度方案》。

水庫上游247 km處的青銅峽水庫汛期避沙峰排沙，或汛末敞泄沖刷，出庫含沙量均較大，雖然經過寧夏河道沿程沖淤調整，使得進入海勃灣水庫的含沙量明顯減小，但仍造成入庫含沙量臨時性增大，而海勃灣水庫的綜合排沙條件較青銅峽水庫差，應針對上游水庫排沙情況，按照蓄清排渾、控制增量、減少存量原則，在保證防汛安全的前提下，采取在高含沙量時段降低水位排沙、精確控制流量拉沙排沙、大流量時段敞泄排沙等手段，實施調度排沙，避免造成庫區的大量淤積。

2.2 人工干預減淤措施

在滿足水庫防凌和發電等開發任務的前提下，根據水庫現狀淤積情況，對庫區現狀淤積區域進行適度清挖。結合汛期來水情況，根據淤積平均厚度、鄰主河槽岸線長度和平面位置，確定清淤位置，擇機進行人工干預減淤措施，將淤積沙量傾倒主河槽，利用大流量帶走淤沙，減少庫區的裸露淤積面積，進一步減少淤積存量。同時，利用清淤疏浚手段能有效恢復海勃灣水庫庫容，實現水庫淤損庫容有效恢復、淤積形態優化，增強海勃灣水庫調度的靈活性和調控水沙的能力，充分發揮其防凌、發電等綜合功能。

3 泥沙資源綜合利用

海勃灣水庫運行以來，由于水流的分選作用，水庫成為泥沙自動分選的最佳場所，為泥沙資源的分類開發利用提供了有利的條件。水庫淤積泥沙如果能夠得到合理地利用，將在一定程度上遏制水庫淤積的趨勢，改善泥沙淤積的部位，既是解決水庫泥沙淤積問題最直接有效的途徑，也是充分發揮水庫功能、維持河流健康的重要舉措。

黃河小浪底水庫位于黃河中下游，小浪底水庫泥沙淤積資源化利用研究成果比較突出[6]，為此運行管理單位多次到黃河小浪底泥沙研究中心調研，發現該中心研制成功的泥質粉細砂固結劑是一種新型的水硬性能膠凝材料，不僅有良好的抗腐性和耐久性，還可以替代傳統的水泥拌制砂漿和混凝土，而且可以固結粉砂、粘土、含硫礦渣、泥碎石屑、風化砂、粉煤灰(渣)等，并且使用方法簡便，根據不同施工標準，可以與砂、土等物料混合，計量加水攪拌即可使用，可以不用水泥。利用途徑主要包括：施工道路路緣石和預制塊，堤防工程護坡襯砌和預制塊，河道防汛備防石，堤防防滲截滲墻，河道景觀工程預制產品。對整治黃河海勃灣水庫泥沙淤積具有一定的借鑒作用；因此，《烏海市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出“加強黃河海勃灣水利樞紐庫區(烏海湖)及周邊生態環境建設，實施清淤疏浚、灘區綜合治理等重點工程，逐步完善水沙調控機制”。針對海勃灣水庫庫區不利的河勢調整，實施右岸河道清淤疏浚，不僅有利于水庫有效庫容長期保持，充分發揮水庫防凌和發電的興利作用，而且可改善庫區河勢、提高右岸河道過流能力，減少左岸庫區護岸工程出險幾率，有效減緩防洪壓力。同時水庫清淤泥沙富含氮磷鉀等有機元素，土質肥沃，不含鹽堿性，有利于作物的生長，可就近充填到庫區右岸的低洼地，用于放淤改土與生態重建，具有良好的社會和經濟效益[7]。

另外煤炭資源開采業在烏海市工業經濟中一直占有較大比重，礦產資源開發對生態環境產生一定影響，而礦區生態環境的修復需要適合植被生長的表土覆蓋。礦區主要土壤分布有灰漠土和風砂土，厚0.3～1.0 m。土壤呈強堿性，pH值在9.0～10.0之間，表土層有機質含量為0.69%，土質貧瘠，肥力低下不太適宜作為治理區表土使用，礦區大面積的生態修復存在缺少合適表土的問題，可將海勃灣水庫清淤與礦區生態修復治理統籌規劃利用，使淤泥作為被治理山體的綠化土壤進行就地轉換復綠，在減少海勃灣庫區淤積的同時，可以利用淤泥質地密實、養分充足的特點解決山體植被難成活、易水土流失等問題，實現整體雙贏的效果。

其次，《烏海市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出“提高土地節約集約利用水平。實施用地總量控制，推進工業用地空間整合，加大對城區、工業園區、農區閑置和空閑用地的整合力度，鼓勵低效用地增容和深度開發”。海勃灣水庫庫區右岸存在大量低洼地，低洼地地面比周圍低，中心部位常有積水，土壤的鹽堿化程度較嚴重，因此不適合在此類地形中種植旱地作物，黃河泥沙是天賜的自然材料，可利用海勃灣水庫清淤泥沙對庫區右岸低洼地進行充填整平，通過生態修復對低洼地土壤進行改良，改善土壤質地，達到可耕種土地要求[8]。該措施可有效提升土地肥力，擴大農業用地面積，促進糧食生產，助力烏海市社會經濟高質量發展，促進烏海市社會經濟發展因黃河而興。實際上，黃河泥沙資源利用的本質也可以說是從不同角度對黃河治理途徑的一種創新[9]。

4 結語

在習近平總書記新時期十六字治水方針和在黃河流域生態保護和高質量發展座談會上的講話的指引下[10]，我國生態治理戰略正穩步推進，為黃河泥沙資源治理和利用提供了良好契機。進一步完善以骨干水庫等重大水利工程為主的水沙調控體系，優化水庫運用方式和攔沙能力為統領，以烏海市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標為導向，從維持黃河健康生命的戰略高度，科學開展清淤與生態綜合治理相結合工作，可保護改善庫區水質、修復水生態、保護水環境，構建與“五位一體”發展相適應的水資源保護技術體系，成為促進黃河生態健康和經濟社會可持續發展的重要基礎[11]。同時依托烏海湖等風景名勝區的自然資源優勢，共同形成環山環湖水系景觀系統，有效改善烏蘭布和沙漠、庫布其沙漠、毛烏素沙地交匯區域的生態環境，提高自然生態的修復功能，將烏海市打造成“沙地綠洲，水上新城”。

綜上，綜合處理利用黃河泥沙[12]，開展清淤不僅能減緩海勃灣水庫的淤積速率，還可進一步穩定河勢并適當恢復右岸河道過流能力、增加烏海市可耕種土地面積，有利于助推烏海市區域經濟社會高質量發展。同時，充分發揮水庫清淤疏浚與山水林田湖草沙系統治理融合發展，更好地彰顯黃河泥沙資源利用的社會經濟與生態環境效益，助力烏海市經濟高質量發展因黃河而興。