黄河泥沙利用的方式、途径和潜力（吴海亮,何予川,刘娟,魏剑宏）

时间：2022-02-24 15:15:13 浏览量：次

［摘要］从广义角度总结了黄河泥沙利用的方式和途径，分析了泥沙资源化利用的意义和特点，研究了近期内加固大堤、淤筑村台、淤填堤河串沟、供水引沙、放淤改土、砌体材料与建筑砂料等多种途径利用泥沙的潜力，提出了一些促进泥沙利用的建议。

［关键词］黄河泥沙利用方式途径特点潜力

1 泥沙资源化利用的意义

黄河泥沙危害严重，但同时也是一种可以广泛利用的资源，兼具灾害性和资源性的双重属性［1］。随着我国建筑市场的扩大、生产技术的进步和土地资源、矿产资源的减少，黄河泥沙作为一种特殊的自然资源，其利用逐步得到了发展。黄河泥沙可就近利用，变害为宝，服务于以建筑市场为主的社会经济各部门，既节约了其它相关资源，又处理了黄河泥沙、改善了居住环境，有利于建设资源节约型社会，并在一定程度上缓解黄河水少沙多的局面，具有较大的社会效益、环境效益和经济效益。

2 泥沙利用的方式和途径

从广义角度划分，黄河泥沙利用方式可以分为自然利用和人工利用两个大的方面，并可进一步细分为多种方式和途径。通过对泥沙利用历史和现状的总结研究，制作黄河泥沙利用的方式和途径框图，见图1。

（1）自然利用方式、途径和特点分析

自然利用是指通过河流自身的能量以天然的方式利用泥沙，主要包括填海造陆、平原塑造、滩地塑造、湿地塑造等途径。在水力、重力、风力、人力等自然和人为力量的侵蚀作用下，泥沙进入河道，利用水流的机械能将泥沙搬运到地势较低的位置，泥沙蚀高淤低的自然现象，造就了大量的平原、滩地、湿地等，提供了丰富的土地资源，形成了河道及两岸多样化的生境。

自1855年铜瓦厢决口改道至1999年的144年中，堆积在黄河河口的泥沙已造陆3 061.4km2，使三角洲面积以年平均约21.3km2的速度增加［2］，填造了大量的陆地，形成了著名的黄河三角洲湿地。历史上黄河的频繁决口和改道，塑造了地势平坦、土质肥沃的黄淮海大平原，面积30多万km2，是中国第二大平原，其它还包括黄河上中游的河套平原和汾渭平原等［3］。黄河由于其淤积游荡的特点和历史原因，在干流冲积性河段的河道内拥有面积广大的滩区，主要包括上游的宁蒙河段、中游的小北干流和下游河段。这些滩地既是宝贵的土地资源，为滩区和附近群众提供了生产生活的场所，同时也是滞洪沉沙的重要区域，根据1950～2006年资料统计，年平均淤积在黄河下游河道的泥沙约1.9亿t，其中约70％淤积在滩地上。

自然利用方式不需要资金投入，在较短的时间尺度内受人为干预影响较小。但采取经过充分论证后的人工干预措施，可以改变自然利用泥沙的能力，使之向有利于社会经济和生态环境的方向发展，如：河口人工改汊、河道治理措施等。

（2）人工利用方式和途径分析

人工利用方式则是采取各种人为的措施利用黄河泥沙，以目前的技术水平和经济条件，人工利用黄河泥沙主要是应用于各种建筑材料（包括建筑用土料、砂料、砌体材料等）或填筑材料，包括修筑大堤、淤筑村台、淤填堤河串沟、淤改土地（包括稻改）、供水引沙、制作各种砌体材料、采挖河砂用于建筑砂料等途径或措施。

在人工利用泥沙的各项措施中，根据主要利用目的的不同，又可分为防洪利用、社会利用和市场利用三种方式。修筑大堤、淤筑村台、淤填堤河串沟等措施的主要目的是防洪与河道治理，与黄河防洪治理关系密切，同时可起到兼顾利用泥沙的作用；淤改土地、供水引沙等措施是以促进社会生产为主要目的，同时起到利用黄河泥沙的作用；而制砖、制瓦、制陶、制作人工石材、制作护砌材料、采挖河砂用于建筑砂料等利用泥沙的措施主要是以盈利或节约为目的的市场行为。各项具有现实意义的人工利用泥沙措施是本文研究的重点。

目前，黄河泥沙资源化利用的途径和数量还有限，但可以预料，随着科学技术进步、社会经济发展、土地资源的日益紧缺、建筑市场的需求扩大和相关政策的出台等，黄河泥沙资源化利用将受到广泛的重视，迎来较大的发展机遇，利用途径和数量将得到进一步的扩展，产生更大的效益。

3 泥沙资源化利用的特点

（1）减沙作用的持久性

泥沙利用措施与水库拦沙、滩区放淤等泥沙处理措施不同。在某一特定条件下，水库拦沙与滩区放淤处理泥沙的潜力是基本固定的，而泥沙利用措施随着时间的推移一直处于利用状态，是一项长期的措施，可以发挥持久的减沙作用。

（2）利用能力的波动性

其利用泥沙能力根据防洪需要、社会生产和市场需求的发展会出现一些波动，受外界因素影响较大。如：上中游防洪水库的建设影响到下游堤防的建设规模，从而影响到修筑大堤利用的泥沙量；建筑市场的起伏影响到建筑材料的利用量。

（3）时空分布的不均匀性

黄河来沙具有年际变化大、年内来沙量主要集中于汛期和洪水期的特点，使水沙资源在时间分配上具有不均匀性；黄河不同河段的泥沙来源、冲淤特性差别较大，使泥沙资源在地域分布上具有不均匀性。因此，不同河段和时间的泥沙资源量具有明显的差异。

（4）利用目的的多样性

上述人工利用方式的各项措施多为辅助性的泥沙利用措施，其经济投入一般包含在相应的各项利用措施之中。如：加固大堤、淤填堤河串沟等主要是防洪建设的需要，放淤改土、供水引沙等主要是促进社会生产的需要，制作砌体材料和采挖建筑砂料则主要是以盈利为目的，同时起到利用泥沙的作用。

（5）利用范围的局限性

泥沙和泥沙制品不宜长途运输或输送，使得黄河泥沙的人工利用具有区域上的局限性；黄河河道内淤积的泥沙主要来自黄土高原，泥沙粒径主要集中在0.01～0.25mm之间，其力学性质和土质特点在一定程度上制约了作为建筑土料和农田耕作层等方面的用途；人工利用泥沙经常出现严重的滥挖滥采现象，危及堤防安全和生态安全，在一定程度上制约了泥沙的资源化利用。

4 近期内泥沙资源化利用的潜力分析

4.1 加固大堤措施研究

据统计，黄河下游临黄大堤总长1 371.227km，宁蒙河段临黄大堤1 385.859km，应确保大堤的安全达标，实现黄河的长治久安。

（1）黄河下游标准化堤防建设利用泥沙的潜力

截止到2007年底，黄河下游临黄大堤通过标准化堤防建设达到设计标准的堤段长838.4km。除上述已完成的加固堤段和不需要进行加固的堤段，黄河下游尚剩余442.6km堤段没有按照设计标准进行加固。对尚未达标的堤防，估算可利用黄河泥沙约2.1亿m3。

（2）宁蒙河段加固大堤利用泥沙的潜力

根据黄河流域防洪规划成果，计划到2020年，黄河宁蒙河段新建堤防112.74km，加高帮宽堤防1363.39km，需要填筑土方约0.7亿m3。2020年以后，作者认为可以对石嘴山以下河段堤防采取与下游相似的挖河淤背措施加固堤防，堤防长度937.8km，淤背体宽50m，平均高度4.5m，估算需要填筑土方2.1亿m3。

4.2 淤筑村台措施研究

黄河下游滩区内居住人口约180万，滩地是行洪、滞洪、沉沙的重要区域，又是滩区群众赖以生存和发展的场所。目前来讲，平衡滩地的双重作用，是实现人水和谐的根本方法之一。

根据黄河设计公司2006年底编制的《黄河下游滩区安全建设规划》的综合论证，滩区安全建设主要采用迁留并重的模式，就地避洪设施主要采用避水村台等措施。规划安排新建避水村台111个，台顶面积共7 539万m2，共需淤筑土方3.2亿m3。

4.3 二级悬河治理措施研究

采取淤填堤河、淤堵串沟等措施，可以缓解“槽高、滩低、堤根洼”的二级悬河不断发展的局面。治理重点应放在二级悬河发育严重的东大坝～陶城铺河段。

根据以往工程实施情况，堤河淤填顶高程与附近滩面高程基本一致，治理宽度不超过500m。黄河下游滩区堤河累计长度约810km，可淤筑土方3.8亿m3。

串沟淤堵宽度和长度按实际宽度和长度实施。据统计，黄河下游滩区有大的串沟约90条，总长约250km，一般宽度50～500m，深2.0m左右。淤堵串沟需完成土方量1.1亿m3。

4.4 供水引沙措施研究

黄河是一条多泥沙河流，在引水灌溉或供水的同时必将引出大量的泥沙，小浪底水库建库之前，黄河干流多年平均引沙量在1.5亿t左右，其中汛期引沙量占2/3左右。

河龙河段、三门峡库区、小浪底库区段均为库区引水，含沙量极小，引沙量可忽略不计。峡谷河段引水量极小，也可忽略不计。重点研究黄河下游、小北干流、宁蒙河段（以下简称三个河段）的供水引沙能力。

根据《黄河流域水资源规划》，在南水北调西线生效前，2010、2020、2030年水平三个河段合计年均引水量分别为218.9亿、201.9亿、193.9亿m3。在小浪底水库拦沙期结束之前，根据水流含沙量情况估算三个河段年引沙量在1.0亿t左右；在小浪底水库进入正常运用期以后，估算三个河段年引沙量在1.5亿t左右。

4.5 放淤改土措施研究

利用黄河泥沙淤改土地在上世纪后半叶开展较多，由于沿岸社会经济的迅速发展，背河地区大规模淤改条件已不具备。根据目前掌握的情况，黄河下游大堤背河侧一定范围内居住人口较少，由于取土等原因，盐碱、低洼地较多，可以考虑放淤改土后进行耕种，同时可以提高漫滩洪水时大堤的抗渗安全性。

下游背河低洼地多集中在距大堤500m的范围内。回填深度根据低洼地、盐碱地的利用情况具体确定，一般淤填深度1.5m左右。在淤填区顶部填筑0.5m厚可耕植土，由临河土场调土填筑。

根据河南、山东各河务(管理)局对所管辖堤段的调查统计汇总，黄河下游背河低洼地、盐碱地约500处，总面积1.3亿m2，总土方填筑量约2.6亿m3。

4.6 砌体材料应用研究

结合现状调研和资料整理分析，利用现有技术制砖、制瓦、制陶、制作人工石材、边坡护砌材料等建筑砌体材料，从技术指标和经济指标分析都是可行的，在生产实践中已经得到了越来越广泛的应用。河南台前县、山东济南市、高青县和博兴县等地均投资建设了利用黄河泥沙制作空心砖、多孔砖、装饰砖等的砖厂，制砖方式上有烧结砖和免烧砖。黄委会有关部门也开展了相关研究，利用黄河泥沙制作各种人工石材用于堤防维修养护与抢险等，经济效益明显。在砌体材料应用措施中，利用黄河泥沙制砖的市场需求较大，其它措施虽有应用但用量相对较小，重点分析匡算制砖利用泥沙能力。

建筑墙体材料不宜长途运输，从经济角度分析，按照目前公路运输价格0.45元/t/km，估算合理运输半径应小于50km。因此，利用黄河泥沙制砖的使用范围主要集中在两岸约100km的范围内。据估算，黄河下游两岸100km范围内居住人口约2 400万人，按人均年使用500块标准砖计算（目前全国人均约550块，预测最大值约650块、稳定值约400块），年使用总数量为120亿块标准砖，其中利用黄河泥沙制砖数量按60亿块标准砖计算（其余为粉煤灰、煤矸石、粘土砖等），考虑30%的孔洞率，预测近期内年可利用黄河泥沙约600万m3，随着远期建筑市场的稳定，年利用泥沙量可稳定在400万m3左右。按每座砖厂2 000万块标准砖的年生产能力估算，在黄河下游两岸需要布设砖厂200～300座。

4.7 建筑砂料采挖研究

黄河干支流部分河段河砂资源丰富，通过有序开采可应用于建筑砂料。建筑材料用砂有其特殊性，一般要求为粒径在0.15～5mm之间的岩石颗粒。

河砂主要是由岩石风化、水流冲蚀而成，其分布位置与当地岩石成分、地形地质条件、河道冲淤特性等关系密切。根据调查了解，黄河干流建筑材料采砂河段主要分布在上游的兰州河段和宁夏河段、下游的伊洛河口至沁河口，支流采砂河段主要分布在渭河、伊洛河、沁河、大汶河（大清河）等几个部分。如：伊洛河及入黄口附近地区，年采砂量200多万m3；沁河及入黄口附近地区，年采砂量约200万m3；大汶河（大清河）河砂资源较丰富，年采砂量约1 600万m3；其它河段缺乏采砂统计资料，采砂量难以进行准确估计。

从对下游河道的减淤效果分析，下游支流伊洛河、沁河、大汶河（大清河）等入黄沙量较小，其河道采砂对黄河下游河道的减淤作用很小。

5 促进泥沙利用的一些建议

通过采取以下措施，可以逐步提高黄河泥沙利用的总量。

（1）从保护土地资源、节约矿产资源、减轻黄河河道淤积的战略高度出发，应将社会的市场行为与政府行为结合起来，加强对黄河泥沙资源化利用的政策支持，采取补贴措施，促进黄河泥沙利用。

（2）加强泥沙资源化利用的相关技术研究和推广应用，降低生产成本，提高产品质量，实现低能耗、低污染，扩大应用范围，提高产品的经济性、实用性、环保性和广泛性。

（3）加强对河道泥沙开采的防洪影响、生态环境影响和政策研究，开展长期规划并加强有效管理，防止无序采挖危害防洪安全和生态安全，实现有效管理和有序开采，提高泥沙利用的综合效益，实现泥沙资源的可持续利用。

（4）供水引沙虽然处理了大量的黄河泥沙，但由于其消耗了大量的水资源、在分流的同时引沙比较小，对黄河减淤具有一定的负面影响，应采取对策增大引沙量和减少用水量。

6 主要研究结论

（1）黄河泥沙兼具灾害性和资源性的双重属性。泥沙就近利用，为社会经济和生态环境服务，既节约了相关资源，又处理了黄河泥沙，具有较大的效益，应采取措施促进黄河泥沙的利用，实现泥沙的灾害性向资源性的转化。

（2）黄河泥沙利用的方式可以分为自然利用和人工利用，人工利用方式根据主要利用目的的不同，又可分为防洪利用、社会利用和市场利用三种方式。具有现实意义的黄河泥沙利用途径主要包括填海造陆、平原塑造、滩地塑造、湿地塑造、修筑大堤、淤筑村台、淤填堤河、淤堵串沟、淤改土地、供水引沙、砌体材料和建筑砂料等。随着各方面的发展，黄河泥沙利用的途径和数量将会得到进一步的扩展。

（3）泥沙资源化利用具有减沙作用的持久性、利用能力的波动性、时空分布的不均性、利用目的的多样性和利用区域的局限性等特点。

（4）在研究的泥沙利用措施中，从年利用能力来看，供水引沙的泥沙利用量相对较大，其它措施用量有限。因此，以目前的认识水平可以认为：在可预见的时间内，黄河泥沙资源化利用的范围、途径和潜力有限，是处理黄河泥沙各项战略措施的一项重要辅助措施。

参考文献

［1］王延贵，胡春宏．流域泥沙灾害与泥沙资源性的研究．泥沙研究．2006，（2）．

［2］张天义，张克伟．从苏北海岸的进退谈黄河泥沙利用问题．河南地质．1999，（4）．

［3］王延贵，胡春宏．流域泥沙的资源化及其实现途径．水利学报．2006，（1）．

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