三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用可行性研究

▲三峡水库   供图/三峡工程博物馆 

三峡水库是治理和开发长江的关键性骨干工程，水库库容保持是其发挥防洪、发电、航运、水资源利用等功能及综合效益的重要保障。而泥沙淤积会直接减小水库库容，影响水库寿命、水库调节能力、库区淹没区面积以及库区航道、港区的演变等。为此，三峡水库泥沙淤积问题一直受到高度重视。

近年，随着长江上游梯级水库的陆续投运和水土保持工程建设，三峡水库入库沙量呈逐年减少趋势，但淤积量依然较大。不考虑区间来沙情况下，2003—2022年年均淤积泥沙超过1亿t，淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.501亿m³。一方面，泥沙持续淤积对水库防洪功能发挥、库区局部河势稳定及通航安全、库区水生态环境安全等带来一定不利影响；另一方面，在长江流域“减沙”背景下，泥沙的资源属性愈发凸显。因此，开展三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用研究，推进库区淤积泥沙资源化利用，不仅可有效恢复淤损库容，保障三峡水库综合效益的可持续发挥，还能为库区及周边区域建设发展提供泥沙资源，并为全国其他大中型水库清淤及淤积泥沙综合利用提供路径参考。

三峡水库泥沙淤积特征

库区泥沙淤积量变化

截至2022年12月，三峡干支流控制站入库悬移质泥沙26.943亿t，出库悬移质泥沙6.350亿t。不考虑三峡库区区间来沙，水库淤积泥沙20.593亿t，年均淤积泥沙1.052亿t，多年平均排沙比为23.6%。其中，围堰发电期（2003年6月—2006年8月）淤积泥沙4.414亿t，水库排沙比37.0%；初期蓄水期（2006年9月—2008年9月）淤积泥沙3.603亿t，水库排沙比18.8%；175m试验性蓄水期以来（2008年10月—2022年12月，2020年11月进入正常运行期）淤积泥沙12.576亿t，水库排沙比18.9%。

库区泥沙淤积分布

三峡水库175m蓄水的回水末端上延至江津附近（距大坝约660km），库区范围内涉及重庆市和湖北省。库区变动回水区为江津至涪陵段，长约173.4km，占库区总长度的26.3%；常年回水区为涪陵至大坝坝址段，长约486.5km，占库区总长度的73.7%。

▲三峡水库175m蓄水库区干流范围示意 

根据实测断面资料分析计算，三峡工程蓄水运行以来，水库变动回水区总体表现为冲刷，泥沙淤积主要集中在涪陵以下的常年回水区。2003年3月—2022年11月，三峡库区干流累计淤积泥沙17.678亿m³，其中，变动回水区累计冲刷0.702亿m³，常年回水区淤积18.380亿m³。截至2020年，库区主要支流累计淤积2.564亿m³。库区沿程淤积强度分布见下图。从图中可以看出，三峡水库库区泥沙淤积呈“藕节状”不均匀分布，淤积强度最大的为忠县—云阳段（147.9km）、奉节—巫山段（49.7km）以及官渡口—坝址段（77.4km），淤积强度依次约为553万m³/km、415万m³/km和509万m³/km。

▲三峡水库库区泥沙淤积强度沿程分布变化（注：图中正值表示淤积，负值表示冲刷）

值得注意的是，2003年3月—2022年11月，库区干流淤积在高程145～175m静防洪库容内的泥沙为1.370亿m³，其中，江津至铜锣峡段防洪库容内冲刷泥沙0.702亿m³，铜锣峡至大坝段防洪库容内淤积泥沙2.072亿m³。从分布看，侵占防洪库容的泥沙主要淤积于涪陵—云阳河段，淤积量为0.734亿m³。截至2020年，库区主要支流防洪库容累计淤积0.131亿m³。

库区淤积泥沙组成

根据输沙量法估算得到的2003—2022年三峡水库库区淤积泥沙粒径组成变化见下图。从图中可以看出，库区淤积泥沙以细颗粒为主，其中粒径小于0.031mm的部分占比最大，为75.1%；粒径为0.031~0.0625mm的占比11.8%；粒径为0.0625~0.125mm的占比7.1%；粒径超过0.125mm的占比6.0%。从淤积泥沙粒径组成随时间的变化可以看到，粒径超过0.0625mm的泥沙组分从2017年起明显减小，2017—2022年淤积泥沙中超过0.0625mm部分占比仅为9.8%，相比2003—2016年期间均值减少了约26%。

▲三峡水库库区淤积泥沙粒径组成历年变化（基于输沙量法估算）

清淤必要性分析

泥沙淤积造成多方面不利影响

三峡水库库区泥沙淤积相比初步设计值已大为减轻，但库区泥沙持续淤积仍对水库综合效益的发挥造成一定不利影响。例如，侵占防洪库容1.370亿m³，减弱了水库的防洪功能；库区干流局部河段集中落淤，部分分汊河段发生河型转化，对河势稳定及通航安全造成不利影响。此外，泥沙是河流生源物质和污染物的主要载体，来自陆面的生源物质和污染物容易附着在泥沙颗粒上，特别是细颗粒泥沙表面。大量细颗粒泥沙在三峡水库落淤，会导致其吸附携带的氮磷营养盐、有机质、微生物、污染物等被拦截富集，可能对库区水生态环境安全造成威胁。

水库库容长期保持的需要

为切实加强三峡工程运行安全管理，确保三峡工程持续发挥巨大综合效益，水利部制定的《加强三峡工程运行安全管理工作的指导意见》（2021年）强调要“确保大安全，综合保障三峡工程长期稳定运行”“严格保护三峡库区的有效库容，使其在紧要关头发挥关键保障作用，让三峡工程成为长江流域防洪安全最坚实的中流砥柱和供水安全、生态安全的压舱石”。

2023年《三峡水库库容安全保障工作方案》审议会议强调，三峡水库库容是极其宝贵的战略资源，是长江流域防洪关键时刻的一张“王牌”，应适时开展科学减淤清淤工作，坚决维护三峡水库库容安全和调节功能。

淤积泥沙资源化利用有助于缓解砂石供需矛盾

在共抓大保护、加强河湖管理大背景下，长江经济带发展过程中三峡库区沿江省（直辖市）砂石资源缺口巨大，砂石资源供需矛盾日益突出。2020年3月，国家发展改革委等15部门和单位联合印发《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》，明确提出“探索推进三峡库区等淤积砂开采利用。强化生态保护约束，加强顶层设计，加快探索三峡库区等开展水库淤积砂综合利用试点，努力增加资源供应”。

因此，开展三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用，不仅可有效恢复淤损库容，保护库区水生态环境安全，保障水库综合效益的可持续发挥，还是缓解三峡库区沿江省市砂石供需矛盾的重要举措。

水库淤积泥沙资源化利用途径分析

目前，国内外淤积泥沙资源化利用途径主要有四类。一是建筑材料，包括直接用于建筑砂石料，利用清淤粗泥沙与白灰和其他添加剂等压制灰砖，利用清淤细泥沙烧制砖瓦、陶粒、水泥等，压制免烧砖，以及利用淤沙熔制高级饰面玻璃等；二是堆肥利用，淤泥中含有大量的有机质和植物生长所需的营养物质，可以将其进行堆肥利用，或用于园林绿化与农业填肥；三是清淤固堤与防洪建设，我国许多河段由于泥沙淤积严重导致防洪问题突出，利用清淤或放淤等手段加固加高堤防是淤积泥沙利用的一种重要途径，同时清淤固堤也避免了河床淤积—水位抬高—加高堤防的恶性循环，是河岸两利的办法；四是堆积造地与维持生态，堆积造地是泥沙最原始的作用与功能之一，为人类提供了赖以生存的土地资源。

三峡水库淤积泥沙开展了以规划采砂为主的资源化利用，该方式在三峡水库库区已经十分成熟，并且需求旺盛。截至目前，长江上游干流宜宾以下共编制了两轮采砂规划，分别为《长江上游干流宜宾以下河道采砂规划（2015—2019年）》和《长江上游干流宜宾以下河道采砂管理规划（2020—2025年）》。两轮规划的可采区均位于三峡水库库区范围，其中，第一轮规划有38个可采区位于三峡库区变动回水区，年度控制开采个数为33个，年度控制采砂总量为837万t；有50个可采区位于库区常年回水区，年度控制开采个数为39个，年度控制采砂总量为693万t。目前尚在实施的第二轮规划的38个可采区全部位于常年回水区，年度控制开采总量为1100万t。此外，2019和2020年在三峡水库宜昌段实施了淤积砂综合利用试点，但是利用量仅为4万t和3万t，远小于预期，主要原因是淤积的细颗粒泥层太厚，开采和利用下层砂石难度大、费用高。因此，大规模、低成本细颗粒泥沙绿色处置或利用成为三峡水库淤沙综合利用的关键难题。

目前尚未形成针对三峡库区淤积细颗粒泥沙系统性的利用路径，对推进库区清淤及淤积泥沙资源化利用带来显著制约。从库区自然地理和社会经济条件出发，其细沙处置主要考虑以下4个途径：

①矿山填埋修复。三峡库区分布有大量石灰岩矿山，在开采用于建材后，其填埋修复需要大量土体填埋料，水库淤积细沙可用于矿坑的填埋修复，由于库区山多地少，修复后的矿山甚至可产生一定的土地整理效益。

②农田土壤改良。三峡库区淤积泥沙理化生物特性分析表明，淤积泥沙中碳、氮、磷总体均处于最低污染级，虽有一定生态风险，但属于多数栖息生物可承受的水平；重金属砷、汞、铬、铜、铅元素含量均处于轻度生态危害风险，仅重金属铬呈中度生态风险；有机污染物邻苯二甲酸酯类（PAEs）和邻苯二甲酸二酯（DEHP）生态风险均较低。依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018），三峡库区淤积泥沙除不用于水田用土外（按水田利用标准，库区淤积泥沙铬含量不符合利用标准），可用于补充其他农田土壤等土地利用。基于山区土地覆盖层较薄的特点，三峡库区淤积泥沙用于土地利用存在较强需求。

③压制免烧砖或烧结砖（水泥）。在三峡库区沿江区县有各型砖厂超过100家，大中型水泥厂十余家，清淤泥沙中细颗粒部分用于免烧砖或烧结砖（水泥）等的烧制利用具有较广的应用前景。其中前者处置成本较低，但规模相对较小；后者可大规模处置，但成本相对较高。

④补入下游。受气候变化、水库拦沙、水土保持等多因素综合影响，进入长江中下游河道的泥沙量显著减小，引起河道持续冲刷、局部生境改变等问题，对于“补沙”具有强烈需求。

三峡水库淤积泥沙资源化利用建议

从淤积特点来看，三峡库区淤积泥沙重点分布在常年回水区的涪陵至云阳段和坝前段，淤积的泥沙以细颗粒为主，特别是涪陵以下河段，淤积泥沙中值粒径基本在0.01mm以下。根据三峡库区沿程泥沙淤积特点，结合淤积泥沙利用适宜方式，提出库区淤积泥沙分段分类利用建议。

▲三峡水库库区淤积泥沙分段分类利用示意图

涪陵及以上河段

三峡库区变动回水区整体为冲刷态势，暂不需要开展淤积泥沙综合利用研究，局部淤积河段实施疏浚清淤即可。

涪陵至云阳段

该段长约260km，累计淤积泥沙总量约10亿m³，也是泥沙淤积侵占三峡水库防洪库容的主要河段。将该段作为三峡库区淤积泥沙利用重点段。该段库区河道中细颗粒泥沙淤积层较厚，同时该河段也是采砂规划可采区及可采量最大的河段。因此，上层淤积泥沙以附近矿山填埋修复或土地利用为主，免烧砖或烧结砖（水泥）利用为辅；下层较粗颗粒泥沙则通过采砂利用。

云阳至坝址段

该段长约230km，年均淤积强度约17万m³/km，累计淤积泥沙总量约7亿m³，河道中细颗粒泥沙淤积层较厚，其中小于0.031mm部分的占比约85%，细颗粒泥沙总量约6亿m³。将该段作为三峡库区淤积泥沙利用一般段。云阳以下河段水深较大，机械清淤成本高，且淤积的泥沙粒径细、含水率高，其脱水、转运等处置费用更高，因此综合利用成本同步增高。建议表层淤泥宜探索水力配合机械（管道）排沙方式，补充下泄泥沙及生源物质通量，但具体实施方式有待深入研究。

结语

三峡工程是国之重器，三峡水库库容是极其宝贵的战略资源。截至2022年11月（支流淤积数据截至2020年10月），三峡库区干支流累计淤积泥沙20.242亿m³，其中淤积在静防洪库容内的泥沙为1.501亿m³。因此，迫切需要开展三峡水库清淤及淤积泥沙资源化利用研究与实施，保障三峡水库库容安全以及水库综合效益的可持续发挥。基于三峡库区不同库段泥沙淤积特点和适宜的淤积泥沙利用途径，提出了三峡库区涪陵以上河段、涪陵至云阳段和云阳以下河段分段分类淤积泥沙利用总体方案。建议编制三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用总体实施方案，加快推进库区清淤及排沙试点工作，进一步研究淤积泥沙低成本材料利用技术。尽快完善水库清淤及淤积泥沙利用的政策法规，破解当前政策制约难题。依据山水林田湖草沙系统治理理念，因地制宜实施库区清淤及淤积泥沙资源化利用，并逐步推广实施。

本文引用格式：

金中武，郭超，周银军，等.三峡水库清淤及淤积泥沙综合利用可行性研究[J].中国水利，2024（3）:29-33.

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来源 | 《中国水利》2024年第3期

作者 | 金中武（长江水利委员会长江科学院河流研究所所长，正高级工程师），郭超，周银军，刘亚，李志晶，周显

责编 | 李卢祎

校对 | 熊璠

审核 | 王慧

监制 | 轩玮

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