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摘要
泥沙淤积是中国各朝各代乃至世界各国治理水利很头疼的问题。德万钢丝塑料软管自动吸泥沙器的诞生，标志着我国在江河、湖泊、水库、塘堰的清淤、排沙、除污的方式和功效上取得了重大突破，它不但能相对高效地清淤、排沙、除污，而且不需要开闸放水；不但不需耗电即可将水体底部的淤泥清除出水体外，而且可根据规划把淤泥堆放在指定地点，以方便进行再处理。它开启了水利设施无电设备清理泥沙的先河，并在不需要大量人力物力情况下实现远距离输沙，从而从更大程度上解决泥沙淤积问题，这是在所有治标方法中最为有效的。
一、前言
新中国成立以来，为兴农、强农兴建了几万座水库，不管哪一座水库都会面临泥沙淤积给水利设施的使用寿命及功能的正常发挥带来负面影响。如果任由发展，终有一天，刘家峡水库的今天，就是每一座水库的明天。我们一代又一代的科技工作者为解决这个难题前赴后继，付出了诸多努力，总结出比如治本性质的植被控制沙源、行政首长负责制、和治标性质的加固堤防、利用水流的自然规律进行水排沙、等措施，为解决泥沙患做出了卓越的贡献，这些方法在很大程度上缓解了泥沙淤积对水库所带来的危害。就是这样，仍然还有大量的泥沙滞留库区和库尾，这些滞留泥沙必须用设备加以清理，众多排沙设备中，当首推“德万钢丝塑料软管自动吸泥沙器”。
二、钢丝塑料软管自动吸泥沙器简介
1、技术背景
为便于防洪兴利等，国家修建了各种水利设施，这些水利设施在几十年的运行过程中也淤积了大量污泥、沙石、白色垃圾等，使水质受到影响，库容量也有所削减，因而清淤成了水利设施正常运营所必须开展的工作，否则水库泥沙淤积到一定程度就会自动报废。目前所使用的清除方式大多采取先将水放完后再用挖掘机械将污泥、沙石挖出运走的方法，这样不仅浪费了有效库容，而且还消耗不少电能和机械能，且时间长、工效低；有的使用采沙船，船停库中，用采沙泵吸出泥沙于船上，然后运走，同样是耗能、耗时、工效低。而本专利技术是在不开闸放水、不耗电能、机械能的情况下，将与地表有落差的水体底部淤积泥沙高效地清除到水体外；目前该专利技术是国家“863”、“973”计划的绿色项目之一，同时又是国家发改委2008年重点推荐“节能减排”项目之一。
2、发明人简介
吴德万，男，62岁，专利发明人及所有权人，高级工程师。
从一九七六年开始清理水库（池塘）泥沙、设想、计划、试验、技术的研究。在30多年的实践中，综合各种关联技术，并在摸索、试验、失败中汲取教训，又经过几百上千次的实地试验，这项技术终于诞生，于2003年3月呈报重庆市知识产权局，并进行现场演示，得到该局的认可，定名为“德万钢丝塑料软管自动吸泥沙器”。2004年2月，国家知识产权局授予《实用新型专利证书》，专利号ZL03233420.6。因为该技术结构简单，操作方便，不需耗电能，又能提高工效，该技术填补了水库无电设备泥沙清理的空白，得到国内外专家的一致认可。该项目一旦实施，必将产生较大的社会和经济效益。
2004年3月受中国国际交流促进委员会、中国专利技术推广中心之邀参与了其内部交流活动，并获得了其颁发的《荣誉证书》；
2004年5月参加了北京人民大会堂召开的中国专利技术研讨会，并通过了中国专利技术推广中心、中国国际交流促进委员会的审定并成为《2004年全国科技成果、专业技术国际交流选项推荐项目》；
2004年6月获得国家知识产权认证委员会颁发的《荣获2003年度国家专利技术发明一等奖》，中国科技技术成果管理委员会颁发的《荣获2003年国家科学技术成果进步奖》；
2004年8月，荣获香港国际专利技术专利产品博览会颁发《金奖奖牌》一枚，被聘为香港国际专利技术专利产品博览会高级技术顾问；被载入香港新华高科技出版社《世界当代优秀科技专家》一书；
2004年8月，被香港国际高新技术产品开发公司聘为高级工程师；
2004年9月底，参加第三届中国科学家论坛，受到了九届全国人大常委会副委员长、中国科学主席周光召、全国政协副主席李贵鲜、科技部部长徐冠华等领导接见并合影留念，和其他盛世中华当代新闻人物一道参加了北京庆祝国庆55周年庆典会，获得金鼎奖一枚，同时在出席了在这期间的北京第六届中国经济学家论坛；
2004年10月被中国管理科学研究院增补学术委员会定为特约研究员；
2005年参加了清华大学卓越企业总裁高级研修班学习；
2005年7月被评为中国亚太高级研究员；
2007年获得由中国专家评审小组办公室、中国专家评定联合会颁发的金像奖、优秀专家证书、金铂书并被聘为中国专家评定联合会副会长；
2008年9月荣获中国国际经济发展研究中心颁发的“2008年中国改革创新风云人物”荣誉称号。
三、钢丝塑料软管自动吸泥沙器在水利设施排沙清淤的重要性
1、目前全国几大水系泥沙淤积的基本情况
随着全球经济的高速发展，工、农、林、牧、渔业的兴旺发达，人类对水的需求量越来越大，而不同国家、不同地区因水资源分布不均，不同程度地存在人畜饮用水、灌溉用水、工业生产用水、环保整治用水等紧缺的突出问题。目前，各地普遍采用蓄水设施因灾害垮塌、泥沙淤积、水质污染等因素，导致蓄水量递减了20-40%。长江、黄河两大水系区域是水库密集分布区，也是需要清理水库淤积泥沙的分布密集区。另外，由于北京周边水库的重要地理位置，水库清淤工程也成了绝对不容忽视的问题。
1）长江地区水库淤积调查
据调查显示，长江上游地区水库年淤积量约1.4亿方，年淤积率约0.7%，其中大型水库年淤积率0.65%，中型0.4%，小型0.9%。有关部门曾对中游地区的丹江口水库库区进行了66次断面与地形测量，结果显示，1960年至1994年，水库共淤积泥沙14.1亿立方，淤积主要发生在1968-1986年间，淤积物大部分分布在死库容，约为11.6亿方，占淤积总量的82%。
2）黄河地区水库淤积调查
黄河龙门至河口为河床淤积的主要区段（包括三门峡、小浪底两个峡谷型水库）。黄河中游产生的大量泥沙淤积于此。泥沙淤积不仅对三门峡水库的运用造成了巨大的影响，迫使三门峡水库两次改建，三次改变运用方式，也使黄河下游河道逐年抬高。目前，河床滩面高出堤防背河地面4-6米，个别地段在10米以上。成为著名的“地上悬河”，给黄河下游防洪带来了巨大困难。河口尾闾段河道摆动频繁，三角洲不断淤积泥沙，向海洋推进。1990年至1992年曾进行了全流域的水库泥沙淤积调查。结果显示，至1989年黄河流域共有小型以上水库600余座，总库容500多亿立方。其中，干流水库8座，总库容412.8亿立方，占总库容的20%以上。其中干流水库淤积80亿立方，占总库容的近20%；支流水库淤积30亿立方，占总库容的近25%。
3）北京周边水库淤积调查
官厅水库是我国20世纪50年代在多沙河流上修建的第一座大型骨干水库。一方面官厅水库来水夹沙条件的主要特征是水少沙多；另一方面，水库长期采用蓄水拦沙运用方式，造成了严重的泥沙淤积问题。据实测资料统计，1953年至2000年，官厅水库累积淤泥6亿立方，占原设计总库容29%，1955年至1997年间，淤积三角洲的坝前段、前坡段、顶坡段、尾坡段和沩水河库区，对应的淤积量分别为：1.3712亿立方、2.388亿立方、1.6948亿立方、0.2926亿立方、0.563亿立方，分别占总淤积量的21.73%、37.84%、28.86%、4.64%和8.92%。其中90%以上的泥沙淤积在永定河库区，使永定河库区的调节库容大量减小。另外，由于官厅水库特殊的边界条件(永定河库区和沩水河库区以狭窄的沩水河连通)和水沙条件（永定河来水夹沙量远大于沩水河），泥沙在沩水河河口附近淤积，形成拦门沙，拦门沙的发展与三角洲前坡段淤积，永定河主流位置以及异重流分流淤积有密切关系。在拦门沙的不同发展阶段，三角洲淤积和异重流淤积所起的作用是不同的。在1979年以前，拦门沙主要是大水大沙年的水库异重流运动到沩水河口处出现分流，由异重流分流淤积形成。其抬高速度较慢，坝顶高程从20世纪60年代464米上升上升到70年代末的467米。从1979年以后，永定河来水主流从右岸转向左岸，淤堵速度明显加快，其高程已从80年代中期的469米淤高到1995年汛前的474米。
北京白河堡水库位于密云水库的上游白河干流上，控制流域面积2657平方公里（云州水库到白河堡水库之间），其上游流域内现有云州、三道河、汤泉、夏家村等水库。水库近14年来淤积量达到1000余万立方，死水位578米，高程以下淤积535万方，占总淤积量的53.2%，是设计死库容的46.6%。白河堡水库总库容9061万立方，1983年至1995年多年平均入库沙量74万吨，就单位库容年均入库沙量而言，官厅水库为0.81Kg/立方，而白河堡水库为8.17Kg/立方，是官厅水库的10倍。可见白河堡水库淤积的严重性。而更为严重的是水库淤积部位对输水隧洞的影响，该隧洞洞口远离大坝，且正对水库上游峡谷河道出口，至1997年，水库淤积三角洲前坡已推至输水隧洞洞口前，水库淤积治理已刻不容缓。
综合而言，水库大坝失事原因较多，诸如工程质量、加固迟缓、工程老化、安全管理差、地质灾害、泥沙淤积等。由此可见，泥沙淤积不仅带来了安全隐患，而且严重影响和制约着经济的发展、环境的改善。水库多年泥沙淤积，库容量削减，导致生产生活用水紧张、防洪能力降低、发电量不足、水产养殖减产、水质污染严重等问题的不断出现。
当然，象以上这种淤积情况比较严重的，在中国乃至全球不胜枚举，市场对清淤设备的需求也不胜枚举，尤其对先进的设备更是渴求，以解决目前可能发生的淤积负作用问题。
2、钢丝塑料软管自动吸泥沙器在现有吸淤排沙措施中的优势
目前，各地蓄水设施排沙减淤的主要措施是：泄洪排沙、人工辅助清淤、异重流排沙、基流排沙挖泥船或吸泥泵机械清淤等。前4种清淤排沙方法虽然可行，但都不同程度地排泄走了大量的水，致使库存水减少。建国后至上世纪80年代建成的大量水库无底孔排水设施，亦无法采用这些方法，运用挖沙船、吸泥泵等机械，都存在效率低、能耗大、成本高等问题。若采用先抽放水，再用机械挖掘、车辆拖运泥沙，其时间更长、功效更低、成本更高。
据有关资料统计，中国约有1/2以上的吸泥沙设备的装置，效率在50%以下，有的甚至低于20%。目前，世界各国也还没有效率高、成本低、操作简便、安全性强、节能环保的自动吸泥沙器。
吴德万先生发明的“钢丝塑料钢管自动吸泥沙器”， 其结构紧凑，简单合理，操作方便顺畅，造价低廉，故障少，处置速度快，自动化程度高，而且环保，又能提高功效，在有落差的地方，还不需要消费电能，200口径的设备能吸出直径为180的石子，如果操作得当，出沙口处沙水体积比最大可达6：4。前几年，重庆渝北区近700亩的双龙水库，因为多名区政协委员反应水库污染，严重影响市民正常生活，建议清淤，当时采用传统办法放水后清淤，再用车辆拖运，共花费3200万；如果用德万钢丝塑料软管自动吸泥沙器清淤，仅需300万左右，就是这么个小工程，节省资金2900万，节省资金率达90%以上，如其他大型水体使用，清淤排沙的成本就可想而知。这种效果是目前市场上的其他任何清淤设备都无法比拟的。
3、各种水利设施清淤排沙的必要性
据统计，中国已修建各类水库九万余座，其中，大型水库400多座，中型水库3000余座，小型水库80000余座，总库容五万多亿方，为蓄水灌溉、防洪、航运、发电、水产养殖等带来了巨大效益，促进了国民经济建设。但水库大坝失事，给国家和人民生命财产也造成了重大损失，如1993年，青海省沟后水库垮塌，死亡326人，财产损失达1.5亿元；又如2008年9月8日，山西临汾尾矿库因为泥沙过分淤积溃坝，溃坝事故造成的泄流量二十六点八万立方米，覆盖的面积达到三十点二公顷，波及下游五百多米左右的矿区办公楼和集贸市场以及部分民房，260人死亡。另据1999年底统计，因泥沙淤积等综合因素导致的病险水库较多，其中大型水库近34%，中型水库近40%，小型水库达42%以上，急切需要整治，引起了党中央和国务院的高度重视。2001年国家水利部提出了“5年内完成影响城市、人口密集区、主要工业、交通设施的大中型水库除险加固任务” 。但在80000余座小型水库中，有70000多座亟待清理，另有近400座大型水库等待清理淤积泥沙。
很多时候，清除水利设施中淤积泥沙的费用高于修建同库容水利设施的费用。但是各种水利设施对地址的选择上往往具有唯一性。意即在某个流域内某一位置所修建的水利枢纽，它的防洪、调水产生的社会效益和经济效益具有不可替代性，而满足正常防洪、调水是以一定库容作基础，保证一定库容的重要措施是排沙清淤。当该水利设施淤死废弃后，在该流域很难再建一座与其效能等同的水库，另外，淤死废弃后的水库不但不能创造效益，而且还会危害环境，还需投入治理和管理费用。因此，对各种水利设施进行排沙清淤治理，不但势在必行，而且还应尽早实施，因为越早治理越容易。因此，清除水利设施淤积泥沙，保证水利设施具有一定库容、延长其使用寿命，不但有重要的经济意义，而且有更重要的社会意义；所以，清除库区中淤积泥沙所产生的效益是长远的，是不能与修建同体积水库的费用等比的。况且还可采取早期治理、分散投资和对清除物综合利用来降低成本投入。
综上所诉，要充分发挥水利设施的社会效益和经济效益，就得尽量保证它的安全，要保证它的安全，就少不了要清淤排沙，要清淤排沙，使用钢丝塑料软管自动吸泥沙器最有效。
四、如何在大型水利设施中使用钢丝塑料软管自动吸泥沙器
在推广钢丝塑料软管自动吸泥沙器过程中，与一些大型水利设施管理机构有过接触，通过对我们设备文字和视频资料的简单了解后，管理人员一般得出的结论都是我们早就开始清淤，但没有用钢丝塑料软管自动吸泥沙器清淤，也根本不知道这种设备。其实以上的分析就不难看出，水体越大，该套设备所产生的社会和经济效益就越大。
下面介绍一下钢丝塑料软管自动吸泥沙器在大型水体的使用方法：
1、选取设备架设地点
从选取设备架设点到设备操作，再到清淤物的处理，这些都要事先有一个统筹规划，都必须考虑清淤物的堆放和综合利用以及对生态、环保等因素的影响。依据当地的地形地貌，既要方便清淤干产物的再处理和运输，又要方便对清淤湿产物的拦蓄（有必要的话应该对清淤产生的水进行无害化处理）。
一个大型水体涉及面太广，必须进行多处选址，找好异型三通搁置地点，位置选好即确定库外设备的长度，而库内可根据计划决定设备架设长度，或几公里长，或几十公里长，一年甚至多年下来，除有几亿方泥沙外（堆放淤泥的地方只需能堆放几千方沙大即可），排出的底水应该有几千万上亿方，有必要的还应建立该大型水体的二级水库，二级水库只需小型水库大小即可，因每年要根据主水库水的丰枯情况确定操作力度大小，同时是多处分散在操作，每年产生清淤产物都是边清淤边再处理边兴利的过程中。
2、设备的操作
设备清淤工程是一项较为复杂的工程。它的施工既要考虑应以少投入高回报为原则来投放清淤排沙设备，又要考虑施工期间的行洪、航运、交通的正常运行。钢丝塑料软管自动吸泥沙器清淤排沙具有不计深浅、不计远近的特点，相同的操作不会另外增加成本。操作过程中，1条船，15个人，因为管道较长，可以前后左右循环移动吸淤，随着深度的加深、距离的增长，可现场加长管道（中间停30分钟即可）,要注意操作技巧，出沙口的沙水比才能达到6：4。
操作过程中应注意：防淤堵，主要是吸沙口处和管道的折叠，吸沙口处的淤堵可通过设计解决；防爆裂，主要是库外管道部分，只要能抵御库内水位和出沙口处水位差所产生的压力即可，操作过程中不要爆开爆停；防溺水；防每次加长管道时接头松脱。
3、清淤产物的处理
清淤产物的处理是清淤排沙治理的重要组成部分，应该坚持长远规划、综合利用、安全堆放和有利环境的原则。清淤产物里含有：泥、沙、石子、水体生物的粪便、各种垃圾甚至有毒物质等，必须清淤产物开展无害化处理，因为其体量大，应该是一个系统、规范的处理过程。
长远规划是大前提，清淤物处理的每项工程都应着眼未来、立足长远。例如：运输清淤物的交通规划、堆放清淤物的地点选择等，都应考虑长远利益。 清淤物综合利用：对不同粒径的清淤物泥沙，应按其用途的不同进行综合利用处理。卵石和粗沙可用于工程建筑原材料，比如：烧制沙砖、砌砖所用沙灰等。可以通过政府制定政策性法规，使清除的、适合作工程建筑材料的卵石和粗沙进入周围的建筑市场，既可以变害为利，又可以有效制止基建用料中的乱采、乱挖而导致水土流失现象的另外发生。细颗粒泥沙是一些营养物质和一些有机质的载体，是建造肥沃良田和花肥的优质原料。把清淤泥沙用于工程建筑材料和填沟造田，可使水库泥沙淤积治理产生综合效益，降低挖沙成本清淤物的安全堆放，需要进行综合利用处理的清淤物要及时进行处理；对于未经处理的和不能进行综合利用的清淤物应堆放到安全地带，要防止清淤物再次流入库区和对环境造成二次污染或造成其他不良影响。
五、结语
要未雨绸缪，积极防护，不能把调节库容淤满时出现的难以解决的问题留给子孙后代。清除库中的淤积泥沙是养护水库的重要途径。对各种水利设施淤积泥沙采取清除措施是十分必要的；开展越早，治理越容易，投资也越少。
通过以上的分析，德万钢丝塑料软管自动吸泥沙器在机械清淤行业中无疑具有领先水平，一旦启动这个项目，涉及面会很大：因为清淤的立方量大，涉及的资金也不少，清淤产物的堆放和拦蓄，还会涉及很大片土地，另外就是清淤产物的无害化处理等，没有政府出面都办不了；水利设施的泥沙淤积到了什么程度该清淤，设备开始工作后，到什么程度算工作到位，这有需要行业协会进行规范，出台一个标准型文件，使这项工作的开展有章可循。总之，该项目的实施，必须由国家牵头，建立以国家投入为主，其他投入为辅的多元化投入机制，坚持科学发展观，坚持可持续发展原则，坚持治理与环境保护并重，多方协同作战才能顺利开展清淤工作。
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