黄河三角洲引黄泥沙资源化利用模式研究

摘要:采用收集资料、实地调查、田间试验及理论分析研究相结合的方法，对黄河三角洲地区引黄泥沙的利用现状及存在的问题进行了分析。提出了黄河三角洲引黄泥沙资源化利用的总体思路，并依据地形、土壤、水沙资源条件与水利工程运行管理现状，提出了4 种引黄泥沙资源化利用模式: 多沙沉沙区减沙输沙模式、浑水灌溉区泥沙利用与动态调控模式、缺沙少沙盐碱区客沙改土利用模式、局部低洼盐碱区放淤改土利用模式。

关键词: 泥沙资源化利用; 泥沙适应性管理; 土壤改良; 引黄灌区; 黄河三角洲

中图分类号: TV93; TV882．1 文献标识码:A doi:10．3969/j．issn．1000-1379．2012．02．034

Mode of Sediment Resource Utilization in the Yellow River Delta

SUN Yu-xia1 ，PANG Qi-hang2 ，MAO Wei-bing1 ，LIU Jing1

Abstract: Taking the Yellow River delta as a study case，and combining data collection with field investigation，field test，and theoretical analysis method，the paper analyzed the status quo and problems of sediments resources utilization，then proposed a general idea for utilizing the Yellow River sediments resources．According to the topography，soil，water，sediment，and hydraulic engineering in the Yellow River delta，the study suggests ideal modes of sediment resources utilization for different regions，namely，sediment transport and desilting mode in the upstream silt area， sediment use and dynamic control mode of irrigation in muddy water area，soil improvement mode of using foreign sediments in saline and alkaline area，warping and improvement mode of saline-alkali soil in local low-lying areas．

Key words: sediments resources utilization; adaptive management of sediments resources; soil improvement; Yellow River irrigation area; Yellow River delta

黄河三角洲位于山东省东北部，包括东营、滨州两市及潍坊、德州、淄博、烟台等市的部分地区，总面积为2．65 万km2[1]。区内水资源短缺，黄河是唯一可大规模利用的淡水资源[2]，该区引黄水量占总用水量的90% 以上。黄河水含沙量大，引水必然引沙，引黄灌区经过50 多年的沉沙和放淤改土，沉沙效率越来越低，渠道、沉沙池淤积严重，清淤堆沙造成灌区土地沙化、退化与生态环境恶化等问题[3-4]。泥沙资源化是世界性的难题，与解决当前人类面临的人口、资源、环境等问题息息相关[5-6]。泥沙资源利用受区域自然、社会、经济、环境等因素的影响，其转化过程具有不确定性。目前，国内外对泥沙问题多从输送和分配的角度进行研究[7]。我国引黄灌区一般采用渠首集中沉沙、远距离输沙、渠系清淤、淤改稻改、淤临淤背、建材建工和浑水灌溉等处理形式[8-9]，其中浑水灌溉和放淤改土是引黄泥沙利用的两条最主要途径。多数引黄灌区通过加大引水流量、渠道衬砌与改建，增加渠道挟沙能力，将泥沙远距离输送，通过浑水灌溉分散沉沙，实现泥沙的资源化利用。笔者通过对黄河三角洲地区土壤基本性质、自然环境条件、引黄水沙特点等研究，结合引黄灌区水沙配置、泥沙利用、土壤改良和生态环境保护，探讨黄河三角洲地区生态环境友好型的引黄泥沙资源化利用模式。

1 研究区概况

1．1 水资源

研究区位于黄河三角洲黄河、小清河以北，属鲁北平原，包括滨州、东营两市大部地区，属于北温带大陆性季风气候区，多年平均降水量为550 mm，年蒸发能力为1 850 ～ 2 430 mm。地表水资源主要来自降水，降水量年内分布不均，6—9 月降水量占全年降水量的75%，且多为暴雨。区域内河流主要为排水泄洪河道，受土壤盐碱化和水污染的影响，汇入河道的地表径流水质差，可利用程度低。地下水以微咸水、咸水和卤水为主，地下水埋深一般＜ 3 m，矿化度为5 ～ 20 g /L，只有在黄河滩地及黄河故道的部分地段才有少量的地下淡水。黄河引(提) 水供水量占全区总用水量的95%。

1．2 地形地貌

全区分黄河泛滥冲积平原、黄河三角洲冲击海积平原两种地貌类型，地势平坦，以黄河为脊由西南向东北倾斜，自然比降为1 /8 000 ～ 1 /15 000。历史上黄河多次改道、泛淤，形成了岗、坡、洼交错分布的微地貌。

1．3 土壤

黄河泛滥冲积平原包括滨州市大部，主要有潮土、盐化潮土、潮盐土和滨海潮盐土。黄河三角洲冲积海积平原包括东营市及滨州市东北部，其中滨海盐土、滨海潮土与盐化滨海潮土并存。成土母质由黄河近代频繁决口泛滥的沉积物及黄河入海的回流淤积物组成。土壤颗粒有明显的分选性，在河道及决口处为沙土，远离河道的河间平地为壤土，河间洼地及其边缘为重壤土或黏土，土壤机械组成以粉粒、黏粒为主。

2 引黄泥沙利用及存在的问题

2．1 引黄灌区泥沙的分布状况[10-12]引黄泥沙在灌区的不均匀分布是影响其转化利用的重要因素。黄河三角洲多数引黄灌区始建于20 世纪50—60 年代，主要采用渠首集中沉沙方式， 80%的泥沙淤积在渠首沉沙池和干支渠系，入田和入排水河道的泥沙约各占10%。颗粒较粗的泥沙集中淤积在沉沙池和渠道两侧的狭长地带，随引黄时间延长，渠首土壤沙化严重。20 世纪80 年代后期开始，对老灌区进行大规模改建、扩建，通过优化水沙调度、渠道衬砌、工程改造等增加干、支渠系的输沙能力，沉沙方式逐渐向多元化发展，主要有集中沉沙、远距离输沙沉沙和浑水灌溉等沉沙形式。目前黄河三角洲典型引黄灌区泥沙淤积与分布状况(截至2007年) ，见表1。

注:①为支渠和田间的数据; ②为干渠、支渠渠系数据; ③为沉沙水库数据; ④为总干渠和分干渠数据。

由表1 可见，虽然各灌区沉沙方式差异较大，但受渠道输沙能力、水沙运动规律等因素的限制，引黄泥沙仍然比较集中地沉积在灌区上、中游地区的沉沙池、干支渠系和田间，三者各占1 /3 左右，少数进入排水河道。除进入田间的部分外，淤积在其他部位的泥沙均需要清淤。清淤不仅费用较高，而且泥沙堆积、占压土地，导致灌区土地退化、沙化与生态环境恶化等问题。

2．2 引黄泥沙利用方式及应用情况

(1) 淤改、稻改。利用黄河泥沙淤改土地是引黄泥沙利用的一条重要途径。从1958 年打渔张灌区在涝洼盐碱地放淤种稻开始，已发展成淤临固堤、淤滩改土、淤串沟、淤村塘等多种形式。原来的淤稻改区多分布在灌区上游，特别集中在渠首地区，经过长期灌溉沉沙和放淤改土，渠首区域的盐碱洼地已基本用完，淤改、稻改受到一定限制。有些灌区采用远距离输沙技术后，已实现在灌区中游低洼盐碱土地放淤改土。但多数灌区下游虽有大面积低洼盐碱土地，但受输沙条件的限制，缺乏淤改泥沙，土壤改良困难。

(2) 淤临淤背和沉沙固堤。利用清淤泥沙加固黄河大堤的淤临淤背技术，是引黄泥沙利用的另一条重要途径，具有显著的社会效益、生态效益[13]。但是，随着区域内黄河标准化堤防建设工程基本完工，淤临淤背用沙量已经很少。有的灌区采用沉沙固堤技术将沉沙池与修建蓄水水库结合，沉沙固堤的同时修建平原水库。目前，黄河三角洲地区已建成100 万m3 以上的平原水库82 座，占山东省的80%，水利体系已初具规模，沉沙固堤的用沙数量也将受到一定限制。

(3) 建材建工。引黄泥沙现已广泛用于制作砖、瓦、人工石材和建筑用土料，应用前景十分广阔。黄河泥沙颗粒细，利于成型焙烧，是做黏土质砖瓦的理想原料。砖瓦属地方建筑材料，具有量大、不宜长途运输等特点，合理运输半径应＜ 50 km，最大运输距离不宜超过100 km[14]。受经济建设、建筑市场需求等多种因素的限制，建材加工转化利用的泥沙数量有限。另外，砖厂主要使用的是颗粒较细的黏粒和粉粒，基本不使用粗沙和沙粒。

(4) 浑水灌溉。通过浑水灌溉将引黄泥沙直接输入田间进行分散沉沙，是化解集中沉沙压力、实现泥沙资源化利用的有效方法。输沙入田要求渠道具备一定输沙能力，渠道比降一般大于1 /5 000、优佳的渠道断面形式和渠道衬砌等，并能使渠道在设计条件下良性运行[15]。黄河三角洲地区地势平坦，以灌区现有的经济、技术条件不可能将全部泥沙输入田间，大部分泥沙仍会集中淤积在输沙渠和骨干渠道内，对灌区土壤和生态环境质量将产生一些不确定的影响[16]。

2．3 引黄泥沙利用中存在的问题

(1) 引黄泥沙利用途径少，转化利用的泥沙数量有限。目前引黄泥沙利用主要集中在放淤改土、沉沙固堤、建材建工和浑水灌溉四方面。原来用沙量最大的放淤改土、沉沙固堤等受到灌区沉沙条件的制约，影响了其有效使用。建材建工和浑水灌溉已成为一些灌区泥沙资源利用的主要方式，但处理转化的泥沙数量有限。以引黄泥沙利用程度较高的滨州小开河灌区为例，其年引沙量为94 万t，砖厂用沙量约30 万t，入田泥沙约30 万t，每年清淤量为30 万～ 40 万t，这说明黄河三角洲地区每年至少有超过40%的引黄泥沙还未被有效利用。

(2) 泥沙清淤费用高，清淤泥沙对灌区生态环境影响较大。黄河三角洲各引黄灌区的沉沙池、输沙渠基本采用“以挖待沉”的运行管理方式，每年清淤所需的费用较高。滨州、东营两市

多年平均引黄水量一般为15 亿m3 ，按照目前0．02 元/m3 的清淤费计算，每年该费用约为3 000 万元。在缺少清淤堆沙场地的地区，清出的泥沙一般沿渠道两侧或沉沙池堤外堆放，形成累积性堆积，既占压农田，又造成土壤沙化，破坏了周边的生态环境，严重影响到人民的生产、生活和当地经济发展。

(3) 引黄泥沙在“需求—供给—分配”之间严重失衡。引黄灌区渠首经过长期集中沉沙已成为泥沙危害最严重的区域。受取水引沙过程中水沙不均匀分布等因素的影响，目前多数灌区渠首沉沙比例依然较高，且沉积的泥沙颗粒粗大，加重了渠首沙化和生态环境恶化。灌区中、下游地区对泥沙(特别是粗沙) 需求量大，但多数灌区不能实现远距离输沙，即使能在中、下游进行放淤和浑水灌溉的灌区，沉积的泥沙黏粒含量普遍较高，使需要粗沙的区域沉积的是细沙，或根本无沙可用，造成引黄泥沙在灌区范围内的“需求—供给—分配”之间严重失衡，在一定程度上制约了引黄泥沙的有效利用。

(4) 泥沙资源化利用缺乏综合、系统的理论框架和科学的指导体系。泥沙资源化利用研究是一个多学科交叉的边缘课题，很多区域泥沙问题的背后往往隐藏着极为深刻的环境问题[17]。在引黄灌区50 多年的建设发展过程中，没有从根本上把握引黄泥沙与区域生态系统各要素之间的关系及相互作用，不能预估泥沙资源利用对生态环境的影响并提前采取相应的预防措施，从而造成泥沙利用过程中总是被动应付各种问题。自然系统中的可变性和异质性不可能在模型研究和监测系统中被全部复制[5]。因此，在现有研究基础上，建立适合黄河三角洲地区生态环境特点的引黄泥沙资源利用理论框架和指导体系，并在实践中进行动态监测和调控，可在一定程度上降低泥沙的不利影响，这是黄河三角洲泥沙利用管理与可持续发展的重要基础。

3 引黄泥沙资源化利用的总体思路

3．1 引黄泥沙资源化适应性配置与利用

黄河三角洲陆地、湿地、海洋等多种生态系统纵横交错，生态系统演替很不稳定、自我修复能力弱、自然恢复时间长。该区生态环境脆弱、易变、对外界干扰高度敏感，土地质量低下[18]。引黄泥沙利用受众多因子调控，对生态环境的影响有许多不确定性。因此，采用有利于生态系统长期健康、稳定的引黄泥沙适应性管理是最佳的选择[19]。区域内长期放淤改土的成功经验也充分证明，黄河三角洲地区土壤母质与引黄泥沙同源，在适当的地点、以科学的方式，将引黄泥沙回归土壤，进行资源化利用是解决泥沙问题最经济、最有效的途径。所以，改变目前引黄灌区被动性的泥沙分配与处理模式，把“谁受益，谁负担”变为根据泥沙沉积规律、土壤基本性状、生态环境特点及相互适应性，主动配置和利用泥沙资源，把泥沙处理与土壤改良结合起来，实现泥沙资源的高效利用。

3．2 动态调控和配置引黄泥沙

浑水灌溉初期，人们普遍担忧输沙入田会导致土壤沙化，原因是黄河泥沙中黏粒含量较高，浑水灌溉后土壤中＜ 0．02mm的细粉粒和黏粒含量明显增加[20]。图1 为小开河灌区土壤机械组成随灌溉年限变化情况，可以看出，入田泥沙不会使土壤发生沙化现象。但是入田泥沙增加了土壤黏重程度，改变了土壤颗粒组成和质地，使原来区域内土壤紧实、通透性差等问题更加严重[16]。为避免长期浑水灌溉后土壤黏粒含量增加对土壤理化性状和生态环境质量产生不良影响，应根据泥沙利用中出现的新问题和当地土壤实际情况，动态调整入田泥沙的颗粒组成。例如，可在地形低洼、土壤质地黏重的浑水灌溉区域，结合水沙配置适当引部分粗沙入田，以起到有效转化利用引黄泥沙、改良土壤结构、提高土地质量的目的。

3．3 泥沙资源化利用与土壤改良、生态修复相结合

黄河三角洲引黄灌区上游区域的土壤一般为沙土，下游、中游地区土壤基本以壤土、黏土为主，有机质含量低，结构性差，加之毛管作用旺盛、浅层地下水埋深浅且矿化度高，土壤盐渍化严重。受地形地貌、水沙运动规律和渠道输沙能力的限制，灌区上游沉积的泥沙量大、质地粗，造成土壤沙化。灌区下游沉积的泥沙量少、颗粒细，土壤改良困难。因此，把泥沙资源化利用与土壤改良、生态修复结合起来，针对不同区域土壤、泥沙特点，进行泥沙、土壤相互适应的统一调配，才能从真正意义上解决引黄灌区上下游共同面临的泥沙问题。

4 引黄泥沙资源化利用模式

4．1 引黄泥沙资源化利用类型区的划分

受自然地理环境、引水引沙条件、泥沙处理方法、工程设施状况、运行管理费用、农业种植结构等多种因素的影响，引黄泥沙在灌区上、中、下游的沉积、分布、转化利用和环境影响等差异较大。各区域土壤类型、特点和土壤基本性状有明显的规律性，区域生态环境问题特色鲜明。综合上述因素，黄河三角洲地区引黄泥沙资源化利用主要分为上游多沙沉沙区、上中游浑水灌溉区、下游缺沙少沙盐碱区、局部低洼盐碱区等类型区，各类型区主要根据泥沙沉积规律、土壤基本性状、水盐运动规律、生态环境特点选择引黄泥沙资源化利用模式。

4．2 不同类型区引黄泥沙资源化利用模式

(1) 多沙沉沙区减沙输沙模式。引黄灌区的渠首和上游区域靠近黄河，地势相对较高，受引黄补源的影响，浅层地下水矿化度一般小于2 g /L，土壤盐渍化程度轻。土地利用基本以农田为主，利用类型稳定。经过多年沉沙放淤，区域内沿黄分布的河间洼地、坑塘已基本淤平，淤积泥沙中粗沙比例较高，导致土壤沙化、退化和生态环境恶化。该类型区泥沙资源化利用模式是，对泥沙危害严重的地区采用泥沙资源输出的方式，把淤积泥沙输送到区域性泥沙缺乏的灌区下游，作为改良土壤的资源。

(2) 浑水灌溉区泥沙利用与动态调控模式。上中游浑水灌溉区是黄河三角洲土地利用类型最多的区域，农业发展条件较好，利用引黄泥沙资源的数量最多。该区浅层地下水矿化度为2 ～ 5 g /L，地下水埋深一般＞ 1．8 m。除少数低洼盐碱地外，大部分地区灌溉水源充足、土壤盐碱程度轻，土壤质地以壤土为主，但土壤肥力较差。泥沙资源利用面临的主要问题是，土壤黏粒含量持续增加，导致土壤质地黏重、毛管作用旺盛，加之该区域浅层地下水埋深浅且矿化度高，盐渍化容易发生。该类型区泥沙资源化利用模式: 根据区域土壤、环境特点，对入田泥沙进行动态调配。同时，对该类型区土壤质地、结构与土壤生态环境的不确定性变化进行持续监测，为未来泥沙资源可持续利用奠定基础。

(3) 缺沙少沙盐碱区客沙改土利用模式。该类型区主要分布在灌区下游，地势低平，地下水埋深一般为1．2 ～ 1．5 m，地下水矿化度为5 ～ 25 g /L。土壤类型以盐土为主，土壤有机质含量低、盐碱程度重，土壤结构性差，经人为扰动后极易发生水土流失。当灌溉水源充足时，部分盐碱荒地洗盐压碱效果明显，土地生产力迅速提高。该类型区泥沙资源化利用模式: 用上游多沙沉沙区输出的客沙资源进行改土，增加土壤中沙粒和粗沙的比例，改良土壤结构和孔隙状况、改善土壤通透性，提高土壤质量。对客沙改土中配沙比例、方法进行试验，确定简便易行、成本低廉的改良方法和适宜的配沙比例。

(4) 局部低洼盐碱区放淤改土利用模式。该类型区主要是黄河多次改道、泛淤而形成的。黄河三角洲放淤改土时间较长，利用沿黄盐碱洼地沉沙、淤地的方法已有很多成功的经验，泥沙利用和低洼盐碱改造效果都十分显著。多年放淤后，灌区上游已基本没有适宜的放淤洼地。该类型区泥沙资源化利用模式: 合理规划放淤场地，结合区域土壤与环境特点进行放淤改土，避免用清淤方式代替放淤，造成泥沙堆积，影响放淤成效。

5 结语

(1) 目前，引黄泥沙研究主要集中在泥沙输送和配置方面，对泥沙资源化利用研究不足，泥沙资源化利用规模小且仅限于局部区域。

(2) 引黄泥沙利用途径少，手段单一，转化利用的泥沙数量有限，急需开发新的泥沙利用途径。以引黄泥沙与土壤的相互适应性研究为基础，提出了黄河三角洲引黄泥沙资源化利用的4 种具体模式。

(3) 引黄泥沙是一种复杂的自然资源，其数量和质量变化对大范围的社会、经济和环境系统都会产生重大影响，任何单一的、简单的管理行动都会导致不可预料的结果。因此，泥沙资源适应性管理是解决引黄泥沙的有效方法。

(4) 黄河三角洲地区生态环境脆弱、对外界干扰高度敏感，土地质量低下，引黄泥沙利用受众多因子调控，对生态环境的影响有许多不确定性。因此，采用多学科交叉的研究方法，在泥沙利用的实践中学习、提高、改进，是解决黄河三角洲区域性泥沙问题的一种可行方案。

参考文献:

[1] 山东省人民政府．黄河三角洲高效生态经济区发展规划[EB/OL]．(2008-03-17) ．http: / /www．chinalawedu．com．

[2] 汪小钦，王钦敏，励惠国，等．黄河三角洲土地利用/覆盖变化驱动力分析[J]．资源科学， 2007，29(5) : 175-181．

[3] 王延贵，胡春宏．引黄灌区水沙综合利用及渠首治理[J]．泥沙研究， 2000(2) : 39-43．

[4] 戴清，曹文洪，史红玲，等．引黄灌区有关问题与实现水沙配置的效益分析[J]．中国水利水电科学研究院学报， 2007，5(1) : 15-20．

[5] Sabine E Apitz．Adaptive Management Principles and Sediment Management: A Call for Discussions[J]．Journal of Soils and Sediments，2008，8: 359-362．

[6] Henner Hollert1，Susanne Heise，Wolfgang Ahlf．Formation of a SETAC Europe /SedNet-Advisory Group on Sediments at the SETAC Europe Annual Meeting 2005 in Lille Join Together for Sediments in Research and Application

[J]．Journal of Soils and Sediments，2005，5 (3) : 192．

[7] 胡春宏，王延贵，陈绪坚．流域泥沙资源优化配置关键技术的探讨[J]．水利学报，2005，36(12) : 1405-1413．

[8] 陈芳林，郑吉顺，王同刚．鲁北地区引黄灌区持续发展的工程改造模式探讨[J]．泥沙研究，2000(4) : 64-67．

[9] 曹文洪，戴清，方春明，等．引黄灌区水沙资源配置理论与关键技术研究[M]．北京: 中国水利水电出版社，2008．

[10] 马荣华．滨州地区引黄灌区渠首沙化现状及防治措施[J]．人民黄河，1995， 17(4) : 33-34．

[11] 史红玲，戴清，袁玉平，等．引黄灌区泥沙处理措施及提水设施的减淤作用[J]．泥沙研究，2003(3) : 12-16．

[12] 周宗军，王延贵．引黄灌区泥沙分布评价[J]．泥沙研究，2009(1) : 68 －73．

[13] 王延贵，胡春宏．流域泥沙的资源化及其实现途径[J]．水利学报，2006，37(1) : 21-27．

[14] 吴海亮，何予川，刘娟，等．黄河泥沙资源化利用研究[J]．人民黄河，2009，31(5) : 49-51．

[15] 戴清，刘春晶，张治昊，等．浅谈引黄灌区区域泥沙资源化实践中的若干问题[J]．水利经济，2007，25(1) : 51-53．

[16] 毛伟兵，王景元，孙玉霞，等．入田泥沙对黄河三角洲地区土壤物理性状的影响———以小开河引黄灌区为例[J]．生态环境学报，2010，19 (1) :212-217．

[17] Bian Yushan，Song Zhiqiang，Zhao Lin， et al．Study on Returning of Desilting Highland to Cropland in Yellow River Water Diversion Irrigation Area and Reasonable Soil Structures for Silt Covering[J]．Advances In Science and Technology of Water Resources，2004，24(6) : 27-31．

[18] 王介勇，赵庚星．黄河三角洲生态环境脆弱性分析[J]．国土与自然资源研究，2005(3) : 53-55．

[19] Philip N Owens．Adaptive Management Frameworks for Natural Resource Management at the Landscape Scale: Implications and Applications for Sediment Resources[J]．Journal of Soils Sediments， 2009，9: 578-593．

[20] 孙玉霞，杨芸，李妮，等．小开河灌区引黄入田泥沙的土壤环境效应[J]．中国农村水利水电，2010(3) : 51-54．

作者简介:孙玉霞(1971—) ，女，吉林农安人，讲师，主要从事农业水土工程方面的研究工作。