黄河泥沙资源化利用的实践

和瑞勇

黄河水利科学研究院水利部黄河泥沙重点实验室，河南郑州 450003

黄河难治的症结在于“水少沙多、水沙关系不协调”，黄河巨量泥沙，造成河道萎缩，“二级悬河”日趋严峻，严重威胁黄河防洪安全，因此，黄河泥沙的处理和利用是一项非常现实而又十分紧迫的任务。随着世界性能源危机的出现和一些自然资源的日渐枯竭，我国面临着经济可持续发展的挑战。黄河泥沙资源化利用是一项“以河治河”、除害兴利、变害为宝的战略性系统工程，黄河泥沙的“用”将会开辟治黄发展史上新的辉煌篇章。

1 挖河固堤利用

黄河下游放淤固堤是黄河治理实践中的一项伟大创举。经过几十年的不断探索和生产实践，放淤固堤技术已日臻完善和成熟，目前已成为黄河下游治理中一项不可缺少的技术手段。放淤固堤就是利用黄河下游水流含沙量较大的特点，将浑水或人工拌制的泥浆引至沿堤洼地或人工围堤内，降低流速，沉沙落淤，加固堤防的工程措施。

黄河下游自20世纪50年代，开始了利用洪水泥沙淤平堤后潭坑的实践。20世纪70年代初开始，黄河职工根据黄河多泥沙的特点，自制了简易挖泥船，在黄河河道中挖取泥沙，利用水力管道将泥沙输送至大堤背河侧沉放，将黄河大堤淤宽50m～100m，取得了显著效果。放淤固堤经过几十年的实践得到了快速发展，先后采用了自流放淤固堤、扬水站放淤固堤、吸泥船放淤固堤、泥浆泵放淤固堤以及组合机泵式放淤固堤等形式。

例如：在黄河河南河务局选择大张庄工程下首至柳园口险工下首河段作为启动工程试验河段，该河段长13.5km，开挖河段长7km～9km，设计疏挖宽度为200m、挖沙深度取3m。在黄河山东黄河河务局启动工程位于东营市河口段朱家屋子～清2断面，全长24.4km，其中朱家屋子至6断面长11km为挖河段，6断面至清2断面长13.4km为疏通段。挖河段开挖底宽200m，平均挖深2.5m；疏通段开挖底宽20m。为配合挖河固堤工程，还组织科研人员通过理论分析、原型观测和实测资料分析、数学模型计算、动床物理模型试验等多种研究手段，探讨了挖河减淤机理；研究了挖河部位、时机、机械、工程布置等关键技术，提出了挖河固堤工程对周边环境的影响和对策措施；组织开展了挖河减淤效果。对挖河减淤效果、固堤作用及其有关技术问题研究。

2 防汛材料利用

传统的黄河防汛天然石料属不可再生资源，资源量有限，近年来随着各级地方政府环境保护意识的增强，天然石料的开采受到控制，采石场被列入环境监察范围，大批的采石场被责令关闭。因此今后石料采购成本将会迅速提高，可能出现无石可采、无石可购、无石可用的严峻局面。而黄河中下游河道有丰富的泥沙资源，虽然於临於背利用了一少部分河道的泥沙，但大量的泥沙至今没有得到有效的利用，使黄河下游河床不断太高，同时也成为了一个巨大的风沙源头。

采用专用活性激发剂（外掺剂）固化材料，这种材料可对河流泥沙进行有效的碱激活，在其内部形成硅-钙质晶体，能够有效促进水泥水化，提高防汛石料强度。同时，采用夯击工艺制作人造大块石和液压辅助振动成型工艺制作常规体积防汛石料。通过大量试验分析，得到激发剂、河流泥沙、水泥等制作材料的配合比，达到了最佳的凝结激发效果。利用大块石抢险可以替代传统散石和铅丝石笼，并且具有防治根石走失、抛投到位率高、节约管理成本、降低抛投费用等优势。利用黄河泥沙制作备防石，大量节省天然石料，既满足了防汛需要，又为解决黄河泥沙利用提供了新的途径。

3 土地修复改良利用

黄河泥沙富有氮、磷、钾等有机元素，肥沃土质，可进入农田改良土壤，改善滩区群众生产生活。人们从长期的生产实践中已逐渐认识到，黄河泥沙是一项十分重要的生产资源，汛期洪水具有含沙量高、泥沙细的特点，而且所挟带的泥沙具有相当数量的农作物生长养分，对农作物生长十分有利。放淤集改碱、平整土地、改良土壤结构、增加土壤肥力等多种功能于一身，能起到一举多得的治理效果。在上世纪50年代中期，在黄河三角洲进行了18户流路放淤试验研究，在改良土壤的同时，还总结了放淤经验。上世纪60年代末至80年代末，针对沿黄两岸背河地区存在大量盐碱涝洼地的情况，有关部门利用当时洪水机遇较多、含沙量较高的条件，进行自流引洪放淤改土，粮食生产得到了较大提高，效益显著，为黄河泥沙的处理和利用开辟了新的途径。

小浪底移民安置区位于坝址下游约20km的温孟滩区，安置区东西长40km，南北宽1km～4km，占地面积53km2，为了改善耕种条件，从1995年汛期开始对安置区实施了放淤改土工程。放淤工程采用了泵站配合明渠输水改土、活动泵站（以船作载体，其上架设混流泵群）及吸泥船抽取黄河表层浑水至淤改区泥沙落淤改土和挖土机械挖取黄河嫩滩淤土至改土区的放淤改土等方式。据河南温孟滩移民安置区淤改土土壤肥力评价，淤改前土壤肥力评价指数P 均＜100，说明温孟滩移民安置区淤改前土壤肥力低于周边农田平均土壤肥力水平； 淤改后的淤填区和改土区土壤肥力评价指数P 均＞ 100， 说明淤改后土壤肥力水平已经达到当地周边农田平均土壤肥力水平[1]。

黄河小北干流放淤试验工程位于山西省河津市连伯滩黄淤67～65断面之间，汾河口工程背水侧。淤区面积5.5km2，设计淤积泥沙量1395万m3，主要包括引水闸、输沙渠、弯道溢流堰、淤区、退水闸五个部分。该工程于2004年汛期投入运用，至2007年连续开展四年，累积放淤576.5小时，共进行12轮次放淤。总引沙量898万t、引粗沙量186万t，占引进总沙量的20.7%；放淤量571万t，其中泥沙粒径大于0.05mm的沙量212万t，占总淤积量的37.1%。放淤可造良田， 促进当地经济发展。黄河小北干流两岸滩地临背差大， 盐碱化突出， 经济发展条件相对落后。通过放淤可把洼地、沼泽、坑塘、盐碱等不毛之地淤高， 造出大片良田，改善小北干流两岸目前较为恶劣的农业耕作条件， 促进黄河沿岸经济的发展。同时加大滩区开发利用程度， 促进当地经济发展，是一项利国利民的多赢工程[2]。

4 建筑材料及其他方面利用

目前我国经济高速发展，基础建设如火如荼，墙体材料用量巨大，利用黄河泥沙制作的绿色生态建材来广泛代替黏土制品，使大量的黄河泥沙得到资源化利用同时，直接保护了黄河两岸日益紧缺的耕地资源。例如：1）黄河泥沙蒸养砖是由黄河泥沙、粉煤灰、固化剂、水泥、水经挤压机挤压成型，体积密度、吸水率、抗风化性能、冻融试验、放射性物质试验均符合国标要求。因此黄河泥沙砖具有环保、经济的独特优势，对保护耕地资源、推动当地经济发展，促进人与自然的和谐相处将起到不可估量的作用，具有良好的社会效益、生态效益和经济效益；2）通过物化分析，利用黄河泥沙制作免蒸加气混凝土砌块具有一定的可行性。利用黄河泥沙和普通硅酸盐水泥，运用物理和化学方法加气，制作的免蒸加气混凝土砌块，具有容重低（300 kg/m3～1 000kg/m3），具备轻质、保温功能，可用于工业民用建筑外墙填充；可浇筑施工，可现场浇注墙体、屋顶保温层等，并可在浇注时选配钢筋、竹筋等抗拉抗裂材料；3）烧制陶粒制品，利用黄河超细泥沙适当添加部分粘性成分后烧制粒径在0.5cm～5cm左右的陶粒，经烧结后的陶粒自身强度可达到60MPa以上，可作为轻质高强混凝土中的轻质骨料；4）制作干混砂浆，干混砂浆是在工厂规模生产的成品砂浆，施工现场直接加水搅拌后即可使用，便于现场施工质量控制，是目前建筑市场发展的必然趋势。黄河河道淤积泥沙粒径相对较粗，超细泥沙含量较小，通过添加外加剂复配，利用此部分泥沙可制作干混砂浆，用于对墙体砌筑、地坪和墙体粉刷等方面，具有广阔的市场前景；5）制备微晶玻璃，选用黄河泥沙作为主要原料，添加少量其它必需的成分，采用整体析晶法成功制备出了建筑装饰用微晶玻璃。经过扫描电镜观察，该微晶玻璃的微观结构为晶体与玻璃相的复合，在外观上则具有自然的纹路与柔和的光泽，具有较好的装饰效果；6）制作工业原材料，黄河泥沙SiO2含量较高，实测在72%左右，经提纯和深度加工，SiO2可直接成为其它高附加值的化学工业用原材料。

5 河口造陆及湿地水生态维持利用

在填海造陆方面，黄河巨量泥沙在浅海区的沉淤堆积，演变形成了广阔的三角洲平原，相关统计结果表明，1855年～1954年期间，实际走河64年，黄河河口累积来沙930多亿t，年均来沙14.58亿t，共造陆1 510km2，年均造陆23km2。1954年～2001年，黄河三角洲新生陆地面积达990km2，从而使得黄河河口地区成为我国东部沿海土地后备资源最多、开发潜力最大的地区之一。同时，巨量泥沙的入海在遏制海岸线侵蚀、变海上采油为陆上采油从而节省投资等方面亦具有重要作用。

黄河泥沙造就了大片新生湿地，为生物多样性提供了生存的基础。目前河口地区有 265种鸟类，其中7种属国家级重点保护，33种属国家二级保护，另有陆生动物583种，水生生物641种，其中也有10种属国家级保护。保护区内的植被面积约达54%，区内的393种不同植物，形成了新的自然景观。因此人工造就湿地，以适应生物多样性， 是21世纪可持续发展的重要目标[3]。此外，76.5万亩的天然草场、1.05万亩的天然实生柳林和12.15万亩的天然柽柳灌木林也在保护区分布。保护区内还有华北平原面积最大的人工刺槐林，面积达18万亩。

黄河泥沙资源化利用研究涵盖了泥沙工程学、材料学、结构力学、水土保持、土壤学、岩土工程等多门学科，需要综合性开展研究，随着对黄河泥沙资源化利用认识的深化，黄河泥沙“变害为宝”将能为民生水利带来更加美好的明天。

[1]魏义长，刘作新，等.河南温孟滩移民安置区淤改土土壤肥力评价[J].土壤通报，2003，8：280-284.

[2]郭贵丽.治理黄河泥沙的新途径—小北干流放淤[J].科技情报开发与经济. 2006，16(22)：285-286.

[3]张启舜，胡春宏，等.黄河河口的治理与三角洲地区泥沙的利用[J].水利水电技术，1997，28(7)：1-4.