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泥沙“清除+利用”水库寿命可延长

一座投资动辄几十亿、上百亿建设的水库,一旦被泥沙淤积失去容水能力,防洪、发电、供水等兴利效益就会大打折扣。据统计显示,我国水库的年淤积率高达2.3%,排在世界首位。通过减少淤积延长水库使用寿命,远比新建一座水库更经济、环保,那么,如何才能放慢水库的淤积步伐,使其“青春永驻”“能量满满”呢?12月7日,在黄委国科局、黄河研究会、黄委科技推广中心联合举办的深水水库库容功能恢复技术装备推介会上,众多专家针对这一议题,提出了水库泥沙探测、清除、利用全产业链解决方案。

  “目前水库清淤减淤大都是利用降低水库蓄水位、溯源冲刷坝前河床淤积泥沙的方式进行,甚至于排空水库进行清淤和减淤,严重浪费水资源和影响水库正常运行,这也是众多水库不能及时开展清淤减淤工作的主要原因。特别是对于供水任务繁重的水库,这种方式是不可能被允许的。”河南河务局副总工程师耿明全首先道出了水库清淤工作难以开展的“痛点”。

  但是,要在水库正常蓄水的情况下开展清淤,必须深入到几十米甚至几百米的水下对淤积物进行探测,并将其抽取出来运送到合适的地方,每一个环节都有较高的技术难度。

  清淤的第一步是淤积物探测。黄河水利科学研究院杨勇博士介绍的深水库区泥沙探测仪器——低扰动取样器及配套装置,能取出河床表层以下4米的泥沙样本,并具有取样成功率高、稳定性好、易操作等优点。他说:“该装置是利用取样器本身重力,将中空的取样管直接贯入淤积泥沙中,并利用密封装置确保样品在提升过程中不掉落,实现‘保真’取样。”他举例说,小浪底水库多年水文测验资料表明,坝前40千米以内淤积的是粒径不超过0.015毫米的细泥沙,然而利用该装置进行深层泥沙测验发现,小浪底水库坝前存在一定厚度的中沙和粗沙,这说明之前低估了小浪底拦粗排细的效果。

  浙江省河海测绘院张坤军高级工程师则与大家分享了3项先进的检测分析技术。其中,淤泥层厚度快速探测技术采用浅地层剖面仪或双频测深仪进行声学原位探测,获取淤泥层厚度分布情况;水下地形精细测量技术采用高分辨率多波束测深系统进行全覆盖水下地形测量,获取河床高程数据,通过清淤前后地形变化精确计算清淤方量;水质与淤泥污染物分析检测技术,能对淤泥探测时采集到的水质与底泥样本进行有机毒物和重金属检测,为清淤提供科学指导和技术支持。

  如何把淤积物从深水库区抽取出来,是清淤的关键环节,推介会上众多先进设备纷纷亮相。黄河水利科学研究院高级工程师朱超介绍了自吸式管道水力吸泥技术,该技术不需要借助外加动力,利用水库上下游水头差,通过专用吸泥头装置将库区淤积泥沙经过管道排出库外,具有清淤成本低、对水库正常运行无影响、适用作业水深范围大等优点。目前该技术作为水利部示范项目在新疆巴里坤县小柳沟水库取得了良好的运用效果。

  天津海辰华环保科技股份有限公司总经理林涛介绍了公司自主研发、制造的气动泵挖泥船。他说:“该挖泥船不扰动土层,无二次污染,挖深可达水下200米,实现湖泊水库生态清淤。”

  江阴市水利机械施工工程有限公司副总经理徐伟展示了公司研制的气动式深水清淤机。该设备体积小、易拆装,采用模块化设计的拼装式浮箱作为水面作业平台,可通过陆路运输进入无通航条件的水库作业,能开挖淤泥、细沙及块度小于等于600毫米的各类淤积物,作业水深120米以上。

  泰安乾洋泵业科技有限公司总经理张延兵带来了固液两相流泵及配套设备。该设备采用电动、液压两种驱动方式,可以潜水、陆地两用。曾在黄河调水调沙、小浪底水库清淤、黄河切滩导流工程中大展身手,还走向了印度尼西亚、越南、秘鲁、厄瓜多尔等国际市场。

  清淤出来的大量泥沙怎么处理?耿明全说:“处置不好就会占压土地、淤积下游河道或水库,造成空气扬尘、破坏生态,给周边环境带来负面影响。”黄河水利科学研究院刘慧博士给出了完美回答:利用起来,创造新的价值。

  刘慧研究的非水泥基胶凝技术,通过激发剂直接激发泥沙中具有火山灰活性的硅和铝,生成胶凝物质,可将原本松散的泥沙颗粒固结成为具有一定强度的整体,如抢险石料、路缘石、铺路砖、砌块、免烧砖等。该技术施工工艺简单、环保,没有用到污染环境且价格相对较高的水泥,且对泥沙级配要求相对较低,泥沙用量占到原材料的70%以上。她说:“我们在河南孟州黄河岸边建立了抢险石料生产基地,已具备规模化生产条件。”